Uso de la dilatación del tiempo para medir la curvatura del espacio-tiempo


Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford utilizó la dilatación del tiempo en una fuente atómica para medir la curvatura del espacio-tiempo. En su estudio, publicado en la revista Science, el grupo usó la fuente como un interferómetro para medir los cambios de paquetes de ondas atómicas que correspondían a los cambios de fase. Albert Roura, del Instituto de Tecnologías Cuánticas del Centro Aeroespacial Alemán, publicó un artículo de Perspective en la misma edición de la revista que describe el trabajo del equipo en California.

Figura S1. Gradiómetro modelo 52hk, Rx = 5,8 cm. Arriba a la izquierda: desviación del brazo superior (azul claro), brazo inferior (azul oscuro) y punto medio (negro) del interferómetro superior de 52hk debido a la masa de la fuente en función del tiempo, escalado por −52k. Arriba a la derecha: desviación del brazo superior (azul claro), brazo inferior (azul oscuro) y punto medio (negro) del interferómetro inferior de 52hk, escalado por −52k. Abajo a la izquierda: integral de tiempo del potencial de masa de la fuente a lo largo del brazo superior (rojo claro) y el brazo inferior (rojo oscuro) del interferómetro superior de 52hk. Abajo a la derecha: integral de tiempo del potencial de masa de la fuente a lo largo del brazo superior (rojo claro) y el brazo inferior (rojo oscuro) del interferómetro inferior de 52hk. Crédito: DOI: 10.1126/ciencia.abl7152

La fuente atómica creada por el equipo consistía en una torre de 10 metros de altura que contenía un tubo de vacío; en la parte superior, había un anillo que sujetaba una pieza de tungsteno. Para usar la fuente, dispararon láseres debajo de átomos individuales, empujándolos hacia arriba, y otros láseres dispararon hacia abajo desde la parte superior para detenerlos. Un tercer pulso láser capturó el átomo cuando llegó al fondo. En sus experimentos, los investigadores empujaron pares de átomos hacia arriba de la fuente y midieron los cambios de fase resultantes a medida que viajaban arriba y abajo de la fuente. Los cambios de fase se iniciaron deteniendo los átomos a diferentes distancias del tungsteno en la parte superior de la fuente. La configuración demostró cambios de fase debido a la dilatación del tiempo en los que, como se describe en la teoría de la relatividad de Einstein, el tiempo pasa más lentamente cerca de los objetos masivos. En la fuente, los átomos que se elevaron más alto se acercaron a la masa de tungsteno y, por lo tanto, experimentaron una mayor aceleración, lo que condujo a un cambio de tiempo entre esos átomos y los que no se elevaron tanto.

Los experimentos también mostraron que el efecto Aharonov-Bohm también se aplica a la gravedad, ya que un campo magnético dentro de un contenedor cilíndrico puede impactar partículas que nunca logran ingresar al contenedor. En su fuente atómica, los electrones que tomaban caminos únicos hacia arriba y hacia abajo de la fuente se vieron obligados a superponerse y, a pesar del campo magnético en la cámara, no se ejerció ninguna fuerza magnética sobre ellos; sin embargo, todavía había evidencia de cambios en el campo magnético.

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