¿Qué son los relojes atómicos y cuánticos y por qué la NASA los necesita?

Tres equipos de investigadores del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA están investigando cómo aportar más precisión cronológica a futuras misiones espaciales. En la Tierra, no hay gran problema si un reloj de pulsera se retrasa unos segundos; En el espacio, cada milmillonésima de segundo es crucial para que las sondas, satélites y otros dispositivos funcionen correctamente.

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El equipo liderado por Alejandro Rodríguez Pérez, por ejemplo, trabaja con técnicas de sincronización cuántica. Pérez explica que nuestra sociedad necesita relojes sincronizados para diversas funciones, que van desde la gestión de las redes eléctricas hasta las transacciones financieras. “La NASA utiliza la sincronización para determinar la posición de las naves espaciales y establecer patrones de navegación”, explicó.

Ahora hagamos un ejercicio: si sincronizas dos relojes, siempre deberían mostrar la misma hora, ¿no? En realidad, cuanto más pasa el tiempo, más desincronizados se vuelven los relojes, especialmente si uno de ellos está en una nave espacial. Por eso, Pérez quiere trabajar con tecnología cuántica para sincronizar dos relojes con alta precisión y mantenerlos así.

En física cuántica decimos que dos partículas están entrelazadas cuando se comportan como un solo objeto, ocupando dos estados a la vez. En el caso de los relojes, los protocolos cuánticos aplicados a fotones entrelazados podrían ofrecer una forma más segura de sincronizar relojes a largas distancias, incluso en lugares donde el acceso al GPS es limitado, como la Luna o incluso destinos más distantes.

Mientras tanto, otro equipo ha estado trabajando en tecnología de reloj que podría ayudar a llevar tecnología para conectar telescopios al espacio. Para entenderlo, considere que cuanto más grande sea el telescopio, mejores serán las imágenes que se obtengan.

Entonces, si fuera posible tener un telescopio del tamaño de la Tierra, las posibilidades serían inmensas, ¿verdad? «Esto obviamente no es práctico, pero lo que podemos hacer es tener múltiples telescopios en diferentes lugares y que cada uno registre las señales con alta precisión cronológica», explicó Guan Yang, físico óptico de la NASA.

La combinación de observaciones realizadas por telescopios más pequeños en red, imitando a uno más grande, forma la llamada interferometría de línea de base muy larga (VLBI), que fue la técnica utilizada para capturar la primera fotografía de un agujero negro. Para funcionar, los telescopios necesitan relojes de alta precisión. El desarrollo de esta tecnología podría permitir llevar misiones de este tipo al espacio aportando aún más descubrimientos.

Finalmente, el tercer y último equipo está dirigido por Holly Leopardi, una física que estudia los relojes atómicos ópticos. Son un tipo de reloj atómico aún más preciso, y Leopardi y sus colegas quieren desarrollar una versión especial para naves espaciales. Para ello trabajan con OASIC, acrónimo de “reloj atómico óptico de iones de estroncio”; Las naves espaciales actuales utilizan frecuencias de microondas y los OASIC utilizan óptica.

Según Leopard, las frecuencias ópticas oscilan mucho más rápidamente, lo que permite una resolución más precisa en el conteo. «Cuando se utilizan estos relojes de muy alta precisión, se pueden empezar a observar los cambios físicos fundamentales que ocurren en el espacio», dijo Leopardi, «y esto puede ayudarnos a comprender mejor los mecanismos de nuestro universo», concluyó.

Fuente: NASA