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Relojes atómicos Materia oscura
Con
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Héctor Socas introduce un nuevo paper que propone una técnica diferente para detectar materia oscura, utilizando relojes atómicos y cavidades resonantes de láser.
…usando una balanza de torsión: una forma muy original, una de esas ideas curiosas, y que explora un rango de materia oscura muy ligera, más ligera que el electrón, significativamente hasta 10 a la menos 5, creo recordar que dijiste, 10 a la masa del electrón. Pues vamos a hablar ahora de otro paper que nos habla de otra técnica diferente, bastante más high-tech; en vez de una balanza de torsión, aquí esto involucra relojes atómicos y cavidades resonantes de láser, pero también es una idea curiosa. Y como yo decía antes, se va a un rango todavía más ligero; de hecho, a partículas ultra ligeras de materia oscura. Pues como no tenemos ni idea, como dice Francia, hay 40 órdenes de magnitud ahí en los que pueden estar esas llaves. Entonces, bueno, la mayor parte de los trabajos se enfocan en los WIMPs, las partículas masivas, pero nadie te dice que no puede haber partículas mucho más ligeras que sean de las que esté hecha la materia oscura, así que hay que explorarlo un poco todo. WIMPs son partículas masivas que interaccionan débilmente, es decir, que interaccionan en la escala débil, es decir, que interaccionan contra protones y neutrones gracias a que interaccionan contra quarks Entonces interacciones en un rango parecido a lo que…
Significado #10 · Palabras #1
Francis Villatoro explica que, al inicio de la búsqueda de materia oscura en los años 80, se utilizaron técnicas predichas por teóricos, incluyendo el trabajo de Edo Arbiten sobre el deterioro de cuerdas.
Habla: Francis VillatoroPalabras #14deterioro de cuerdas edo arbitenpartícula materia oscura y núcleos atómicosbúsqueda materia oscura años 80…a la naturaleza de la materia oscura, pues tenemos más de 40 órdenes de magnitud para buscar. Es una región extremadamente grande y, por lo tanto, una región en la que no podemos explorarla en detalle todas las zonas. ¿Qué es lo que se hizo cuando se empezó a Buscar la materia oscura a principios de los 80. Pues se usó técnicas predichas por los teóricos, entre ellos incluso el propio Edo Arbiten; el famoso deterioro de cuerdas tiene un artículo sobre el tema. Pues lo más fácil es buscar la colisión de una partícula de materia oscura con un núcleo de un átomo. ¿Por qué? Porque se supone que el halo de materia oscura es una especie de cosa esférica en la que se encuentra la Vía Láctea. Nosotros nos encontramos en un brazo de la Vía Láctea y nos movemos en dirección a la Vía Láctea y por lo tanto cruzamos ese halo…
Francis Villatoro explica que es relativamente sencillo observar colisiones entre partículas de materia oscura y átomos en los detectores, siempre y cuando la masa de la partícula de materia oscura sea comparable a la de los átomos.
Habla: Francis VillatoroPalabras #3colisiones materia oscura átomosmasa partícula giga electronvoltioátomo hidrógeno giga electronvoltiointeracciones electrones mega electronvoltiospetardazo efecto retroceso núcleo…a favor y a veces en contra del movimiento global del Sol, con lo que podemos interaccionar con partículas de materia oscura, tener un flujo de partículas de materia oscura que colisionen con detectores que hay en la Tierra y podemos ver una modulación anual. O sea, es fácil de, a priori, observar partículas de materia oscura que colisionen con átomos de nuestros detectores. Claro, con átomos. Para que esa colisión sea efectiva, pues tiene que ser una masa, la partícula de materia oscura, comparable a la masa de los átomos; el átomo de menor masa, el átomo de hidrógeno, es un giga electronvoltio y bueno, los átomos llegan, pues yo qué sé, 250 giga electronvoltio o así entonces tenemos ahí un rango. Usando también las nubes electrónicas, posibles interacciones con electrones, podemos bajar un poquito del giga electronvoltio llegar a casi los mega electronvoltios y por arriba podemos ir; bueno, si la partícula tiene bastante más masa, pues también pega un buen petardazo y ese efecto de retroceso del núcleo lo podemos observar en nuestros detectores. Entonces se empezó; se planteó la búsqueda de la materia oscura a mediados de los 80 y en aquel momento eran cosas muy primitivas, muy sencillitas, muy de andar por casa, que valían muy poquito dinero. En los años 90 y sobre todo ya en el siglo XXI se han…
Francis Villatoro reflexiona sobre la posibilidad de utilizar una balanza de torsión para detectar partículas de materia oscura e interacciones con masas macroscópicas, señalando que esto parece complicado y generalmente involucra masas pequeñas.
Habla: Francis VillatoroPalabras #19partícula materia oscura interaccionando masa macroscópicabalanza de torsión detectar partículas materia oscuramasas pequeñas en detectores materia oscuratoneladas detector fiables escala masas átomos…de torsión y tengo una estimación de la constante de gravitación universal. Puedo estimar posibles deviaciones de la ley de Newton en intensidad de gravedad débil, versiones de las fuerzas de Yukawa, se pueden hacer muchos experimentos de física fundamental. Claro, ¿eso nos serviría para detectar una partícula de materia oscura? Claro, una partícula de materia oscura interaccionando con una masa macroscópica, eso parece muy complicado y eso en principio suelen ser masas pequeñas. Los detectores que tienen toneladas de detector son mucho más fiables para la escala de masas de los átomos, pero sin embargo hay una cosa muy curiosa. Y es que toda partícula tiene una longitud de onda típica. Las partículas son como ondas que tienen un tamaño típico y resulta que podemos estimar el tamaño de partículas que sea comparable a un tamaño macroecópico y esas partículas tienen este rango de…
Héctor Socas introduce un nuevo paper que propone una técnica diferente para detectar materia oscura, utilizando relojes atómicos y cavidades resonantes de láser.
Habla: Héctor SocasSignificado #10 · Palabras #1relojes atómicos y cavidades resonantespartículas ultra ligeras de materia oscurawimps partículas masivasfrancis villatoro órdenes de magnitud…usando una balanza de torsión: una forma muy original, una de esas ideas curiosas, y que explora un rango de materia oscura muy ligera, más ligera que el electrón, significativamente hasta 10 a la menos 5, creo recordar que dijiste, 10 a la masa del electrón. Pues vamos a hablar ahora de otro paper que nos habla de otra técnica diferente, bastante más high-tech; en vez de una balanza de torsión, aquí esto involucra relojes atómicos y cavidades resonantes de láser, pero también es una idea curiosa. Y como yo decía antes, se va a un rango todavía más ligero; de hecho, a partículas ultra ligeras de materia oscura. Pues como no tenemos ni idea, como dice Francia, hay 40 órdenes de magnitud ahí en los que pueden estar esas llaves. Entonces, bueno, la mayor parte de los trabajos se enfocan en los WIMPs, las partículas masivas, pero nadie te dice que no puede haber partículas mucho más ligeras que sean de las que esté hecha la materia oscura, así que hay que explorarlo un poco todo. WIMPs son partículas masivas que interaccionan débilmente, es decir, que interaccionan en la escala débil, es decir, que interaccionan contra protones y neutrones gracias a que interaccionan contra quarks Entonces interacciones en un rango parecido a lo que…
Héctor Socas reflexiona sobre si está aburriendo a los oyentes mientras explica conceptos científicos complejos relacionados con el campo oscuro, mencionando específicamente relojes atómicos y cavidades resonantes.
Habla: Héctor SocasSignificado #6 · Palabras #4reloj atómico y cavidades resonantestecnologías cuánticas juan carloscampo oscuro aburrimiento oyentesreloj atómico átomo de sesiosegundo definido transición cesiotransición estructura fina electron cesio…que es, pero se trata de comparar en diferentes sitios del espacio y del tiempo, ubicaciones a miles de kilómetros o tiempos separados entre segundos y horas, deberías poder ver esas variaciones de ese campo oscuro y cómo interactúa con el campo del electrón. entonces, no sé si no les aburro mucho; puedo contar un poco lo que es el, a mí me parece interesante. Estuve repasando estas cosas: el reloj atómico y las cavidades resonantes, que es la tecnología que entra aquí y son al final tecnologías cuánticas; esto a Juan Carlos seguro que le molaría mucho. Como reloj atómico lo habitual es utilizar un átomo de sesio; de hecho es como se define el segundo, o sea el segundo hoy en día. Lo definimos a partir de la transición, una transición de estructura fina, quiere decir que cambia el spin de un electrón, en un átomo de cesio. Esa transición ocurre con una energía o una frecuencia de 9,1 gigahercios. Quiere decir que cuando emite un fotón, ese átomo de cesio por esa transición, emite una fluctuación del campo eléctrico que varía 9000 millones de veces por segundo. Entonces así es como definimos nosotros el segundo: hacemos esa transición…
Héctor Socas continúa explicando los factores que afectan a la precisión de los relojes atómicos, detallando cómo el entorno externo puede perturbar la estructura de niveles del átomo.
Habla: Héctor SocasSignificado #12relojes atómicos y entorno externoestructura de niveles del átomocampo eléctrico magnético afecta relojes…incertidumbre por varias razones. Primero, si tiene una temperatura, el átomo se va a estar moviendo, entonces cuanto más frío lo tengas mejor para que esté quieto, porque si se mueve por efecto Doppler, esa transición va a cambiar un poquito la frecuencia. También quieres que esté aislado del mundo porque si hay otros átomos, otras fuentes de campo eléctrico magnético, va a perturbar un poco la estructura de niveles del átomo; va a cambiar las energías y entonces la frecuencia no sería igual. Y luego además también hay un efecto cuántico insalvable. ¿Qué es el principio de incertidumbre, o sea que la energía de un nivel atómico no puede estar definida con total precisión sino que hay una cierta incertidumbre y eso te da una... el mínimo que puedes... o sea, la incertidumbre mínima que la naturaleza te…
Héctor Socas explica por qué se utiliza el cesio en los relojes atómicos, destacando sus propiedades como átomo pesado y gas noble.
Habla: Héctor SocasSignificado #9 · Palabras #16cesio átomo pesado relojes atómicosátomos pesados y bajas temperaturasgas noble cesio manipulación sencilla…o sea que la energía de un nivel atómico no puede estar definida con total precisión sino que hay una cierta incertidumbre y eso te da una... el mínimo que puedes... o sea, la incertidumbre mínima que la naturaleza te impone al hacer esa medida, ¿no? Pero bueno, cuanto más pesado sea el átomo y cuanto más frío esté, mejor. Y por eso se usa el cesio, que es un átomo muy pesado, bueno, 133 en su estado natural, 137 para estos relojes y además es muy fácil de manipular porque es un gas noble, ¿sí, Francis? Otro detalle, el sesio 137 no existe en la naturaleza; hay que fabricarlo artificialmente. Es un isótopo radioactivo que en la naturaleza prácticamente todo el sesio es 133, ¿vale? Hay trazas del 135, pero el 137 no hay nada, es sintético. Probablemente la…
Héctor Socas explica cómo se utilizan los osciladores de microondas para medir el tiempo en lugar de intentar observar directamente las fluctuaciones de fotones.
Habla: Héctor SocasSignificado #3reloj atómico medición del tiempooscilador de microondas fluctuación fotónfluctuaciones fotón segundo…atómicos estén dentro de su tiempo de vida nominal. Pero bueno, en cualquier caso, eso no; y además al ser un gas noble no reacciona químicamente, con lo cual no se te estropea, es fácil de manipular, es fácil de trabajar con él, ¿no? Entonces viene... La media mediación del orden de 40 años. El reloj en concreto, un reloj atómico; yo he contado el concepto, pero nadie se puede poner a mirar o oscilar una fluctuación de un fotón 9.000 millones de veces en un segundo. Lo que se hace es otra cosa, es que se usa un oscilador de microondas. Eso Son frecuencias microondas, que oscila con esa periodicidad, con ese tiempo y genera una onda. Entonces, tú esa onda la pasas por tus átomos de cesio y tu onda no va a coincidir exactamente con la frecuencia del cesio, con lo cual el cesio la ignora, le da…
Héctor Socas explica cómo el principio de resonancia utilizado para sintonizar radios antiguas también se aplica a la medición precisa del tiempo con relojes atómicos y, por extensión, al espacio.
Habla: Héctor SocasSignificado #15relojes atómicos medición precisa tiempocavidades ópticas resonantes espaciohorno de microondas cavidad resonantecavidad resonante gastón giribetreloj atómico posible sorpresapatiroflexia estantería gastón…y entonces lo que estaba buscando era una resonancia con la emisora, entonces físicamente era mover algo. Lo que pasa es que ya con los transistores, etcétera, ya se microelectronizó y ya funciona de otra forma. Ostras, esa referencia sí que es viejuna, sí. Bueno, pues ese es el principio con el reloj atómico, ¿vale? Que así es como se mide con mucha precisión el tiempo. Y luego también el espacio se puede medir también con mucha precisión. Ahí lo que se usa son cavidades ópticas resonantes. Estamos acostumbrados a cavidades resonantes porque nuestro horno de microondas que tenemos en la cocina es una cavidad resonante. Es una caja en la cual se meten microondas y se pone la frecuencia tal que, no sé, ¿qué es lo gracioso, Francis? Lo que está haciendo Gastón, que está montando ahí algo, que supone ser una sorpresa. Está montando, ¿no? Una cavidad resonante está montando ahí, seguro. Ha hecho algo de patiroflexia y la ha puesto justo encima de su cabeza con una estantería que tiene ahí arriba. Sí, sí, un reloj atómico. Yo digo que ha hecho un reloj atómico. No, ojalá. No tiene sesio. Es un secreto. Pues la cavidad resonante del microondas lo que hace es que mete, genera ondas que son más o menos de la frecuencia de las microondas, y resulta que las que caben exactamente un número entero de longitudes de onda dentro del tamaño de la caja,…
Héctor Socas explica cómo la combinación de relojes atómicos y cavidades resonantes permite medir con precisión el tiempo y el espacio.
Habla: Héctor SocasSignificado #1 · Palabras #5relojes atómicos y cavidades resonantesmedida precisa de tiempo y espaciocomparar medidas de tiempo en diferentes sitiosfluctuación del campo oscuro…bueno, creo que es la diferencia de inversa de la frecuencia o algo así está relacionado con la longitud de la caja. Entonces puedes hacer una medida muy precisa de la longitud de una caja utilizando esta técnica de cavidades resonantes. Entonces. De esta forma, con relojes atómicos y con cavidades resonantes tú tienes una medida muy precisa de tiempo y espacio, que al final es lo que queremos medir aquí. Y lo que quieres es comparar medidas de tiempo y de espacio en diferentes sitios y en diferentes momentos para saber si coinciden o si hay alguna diferencia que puede ser debido a esa fluctuación, a esa ondulación del campo oscuro, ¿vale? Y uno se pregunta, bueno, pero si mi referencia está cambiando, ¿cómo puedo yo comparar dos referencias diferentes? Fue la pregunta que a mí me surgió. Yo no entendía cómo vas a comparar dos referencias que estén en sitios diferentes. Tuve que estar ahí…
Héctor Socas explica cómo los relojes atómicos pueden utilizar fotones para comparar el tiempo en diferentes lugares.
Habla: Héctor SocasSignificado #5relojes atómicos usan fotonescesio frecuencia exactaconstante estructura fina afecta resonanciainterferometría medidas diferenciales precisas…9.100 millones de oscilaciones del campo eléctrico en una transición de cesio, también dirá que eso para él es un segundo. Entonces yo diré, ah, pues para mí aquí pasa un segundo. Y él dirá, pues sí, para mí también aquí pasa un segundo. ¿Cuál es la clave? Usar un fotón como mensajero. Estos dos sistemas te permiten sacar un fotón. Cuando tú, el reloj atómico, usas el oscilador hasta que resuena, una vez que resuena ya tú tienes un generador de fotones que están sintonizados a esa frecuencia exactamente del cesio. Y ahora ese fotón tú lo puedes mandar a otro sitio. y en ese otro sitio metes ese fotón en el otro reloj atómico que también tiene un átomo de sesio y miras a ver si resuena también en ese. Debería resonar, porque el átomo de sesio aquí y en Sudamérica resuenan a la misma frecuencia pero si ha cambiado la constante de estructura fina, si ha cambiado la masa del electrón esas frecuencias van a ser un poquito diferentes y ahora ese fotón ya no va a resonar. Es una técnica de interferometría que te permite hacer medidas diferenciales extremadamente precisas y lo mismo con la caja, de hecho lo que Ellos hacen el experimento que ellos hacen en su instituto; ellos tienen una red conectada por fibra óptica de laboratorios con cavidades resonantes. Entonces, una vez que tienen una cavidad resonante con una cierta frecuencia, sacan un fotón de allí, un…
Héctor Socas explica cómo se utilizan relojes atómicos en los sistemas GPS para comparar mediciones con estaciones terrestres.
Habla: Héctor SocasSignificado #17 · Palabras #10relojes atómicos en gpsseñal de relojes atómicosdesajustes de frecuencia satélite tierraestaciones de tierra gps…mismo o en algún momento se desvía, y con eso puedes medir hasta fracciones de la longitud de onda de la luz, que es algo pequeñísimo. Entonces, puedes comprobar si esas dos cajas siguen midiendo lo mismo con una precisión de fracciones de longitud de onda. Y Luego hacen lo mismo también con relojes atómicos en GPS. Los satélites GPS llevan relojes atómicos y no tienen fibra óptica al espacio, pero sí que se transmiten la señal porque es lo que se usa en GPS; se transmite la señal de esos relojes atómicos para comparar con estaciones de tierra. Entonces pueden medir también desajustes de frecuencia entre el reloj atómico del satélite y el de tierra. Entonces, basándose en todo eso, es como ellos buscan fluctuaciones. Posibles del campo oscuro. Entonces ya está, ya no les aburro más; la cuestión es que no encuentran esas fluctuaciones, todo funciona normal, o sea, todos los fotones que envían como mensajeros de un sitio a otro resuenan como tienen que resonar y no…
Francis Villatoro comenta la posibilidad de mejorar significativamente los límites de exclusión utilizando relojes atómicos en satélites.
Habla: Francis VillatoroSignificado #18 · Palabras #8relojes atómicos en satélitesgps utiliza relojes rubidiomejora límites exclusión satelital…permiten hasta, pues eso, buscar; es que realmente es que es muy alucinante, buscar fluctuaciones en las constantes fundamentales, en la masa del electrón o en la constante de estructura fina. Muy flipante, en mi opinión. Y ya está. Perdón por la extensión. En satélites, los relojes de mayor precisión que existan, porque los satélites de GPS utilizan unos relojes de rubídeo que no son especialmente buenos; porque tampoco necesitan relojes atómicos, pero hay algunos satélites que tienen relojes atómicos y se pueden llevar relojes atómicos al espacio, con lo que eso podría mejorar muchísimo las cotas de exclusión con este método. Sí, no me acuerdo; sí, exactamente eso, justo, que no son esto no son medidas nuevas que hayan hecho para este trabajo, sino que han aprovechado medidas que se habían hecho para otras cosas y simplemente han cogido los datos y los han aplicado al estudio este…