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Francis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetmasa del electrón fluctuacionesrelojes atómicos y láserscavidades ópticas frecuenciascampo oscuro interacción electrónreloj atómico y cavidades resonantestecnologías cuánticas juan carloscampo oscuro aburrimiento oyentesreloj atómico átomo de sesiosegundo definido transición cesiotransición estructura fina electron cesioJuan CarlosHéctor SocasFrancis VillatoroWIMPsGastón GiribetSudaméricacircuito RLCsatélites GPS
Relojes atómicos y cavidades resonantes
Con
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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.
…pero entre segundos y horas querría decir que en escalas entre segundos y horas y en distancias de miles de kilómetros podría haber diferencias entre la estructura de los átomos y en la masa del electrón aquí y en otro sitio a miles de kilómetros de aquí. Entonces esa es la idea de este paper, es intentar buscar fluctuaciones muy pequeñitas en esas constantes En la masa del electrón y en la constante de estructura fina, constantes fundamentales ¿Y cómo se consigue eso? Pues utilizan una técnica que también me parece interesante que se basa en comparar frecuencias entre relojes atómicos y lásers en cavidades ópticas, que ahora les comento lo 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…
Significado #2 · Palabras #1
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 #3 · Palabras #3relojes 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 #2 · Palabras #1masa del electrón fluctuacionesrelojes atómicos y láserscavidades ópticas frecuenciascampo oscuro interacción electrónreloj atómico y cavidades resonantestecnologías cuánticas juan carloscampo oscuro aburrimiento oyentesreloj atómico átomo de sesiosegundo definido transición cesiotransición estructura fina electron cesio…pero entre segundos y horas querría decir que en escalas entre segundos y horas y en distancias de miles de kilómetros podría haber diferencias entre la estructura de los átomos y en la masa del electrón aquí y en otro sitio a miles de kilómetros de aquí. Entonces esa es la idea de este paper, es intentar buscar fluctuaciones muy pequeñitas en esas constantes En la masa del electrón y en la constante de estructura fina, constantes fundamentales ¿Y cómo se consigue eso? Pues utilizan una técnica que también me parece interesante que se basa en comparar frecuencias entre relojes atómicos y lásers en cavidades ópticas, que ahora les comento lo 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 #10relojes 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 #13 · Palabras #13cesio 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 #7reloj 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 #4 · Palabras #4fotones átomos cesio relojes atómicosbobina ferrita cambio inductanciacircuito rlc resonante emisoratransistores microelectronización radiosrelojes atómicos medición precisa tiempocavidades ópticas resonantes espaciohorno de microondas cavidad resonantecavidad resonante gastón giribetreloj atómico posible sorpresapatiroflexia estantería gastóncavidad resonante microondasonda estacionaria en microondaslongitudes de onda en caja…llega un momento que pum, resulta que la frecuencia que emite ese oscilador coincide con la de los átomos de cesio que tú tienes en el reloj y entonces esos átomos absorben justo esa frecuencia y luego, cuando se relajan emitiéndola, emiten fotones también. Entonces tú ves esos fotones y dices: ah, esta es la frecuencia a la cual mi reloj resuena. O sea, es buscar la frecuencia a la cual el reloj resuena con lo que tú estás enviando. Si me permites un detalle histórico para los viejunos, originalmente era una bobina que tenía dentro una barra de ferrita y cuando sintonizabas lo que hacía era meter más o menos en la bobina la barra de ferrita con lo que cambiaba la inductancia; esa inductancia estaba conectada a un circuito de RLC que era resonante 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, esas son resonantes, se amplifican, forman una onda estacionaria y se amplifica, es como la cuerda de. Una guitarra, cuando tú pulsas una cuerda de una guitarra al principio se empieza a propagar por ahí una onda de cualquier forma pero rápidamente ese transitorio dura centésimas de segundo y rápidamente se queda vibrando en esa energía se transmite a los…
Héctor Socas explica cómo las cavidades resonantes amplifican ciertos modos basados en la longitud de onda de la luz visible, que son extremadamente pequeñas.
Habla: Héctor SocasSignificado #14 · Palabras #20cavidades resonantes amplifican longitudes ondalongitud de onda luz visible nanómetrosmodos enteros longitud de onda…eso mismo, ese mismo principio aplicado a la luz visible se puede hacer con espejos, con espejos ultra reflectantes, se mete un haz de láser y se empieza a reflejar entre los espejos de un lado y a otro, esos espejos como para hacer reflejos infinitos, y lo Que te va a ocurrir es que esa cavidad va a tener una preferencia, va a amplificar aquellos modos en los que caben un número entero de longitudes de onda, que claro son pequeñísimas, o sea, la longitud de onda de la luz visible es de... Yo qué sé, de cientos de nanómetros, o sea, de menos de micrómetros, ¿no? Millonésimas de metros. Entonces lo que se hace es que se mete un Láser y tú vas en un láser sintonizable y tú lo vas sintonizando hasta que llega un momento que ves que se produce la resonancia, o sea, que la cavidad amplifica, se forma esa onda estacionaria de luz y se produce una amplificación de esa luz. Entonces, en…
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 #2cavidades resonantes y medición de longituddiferencia entre frecuencias en cavidades resonanteslongitud de onda más en cavidadesrelojes atómicos y cavidades resonantesmedida precisa de tiempo y espaciocomparar medidas de tiempo en diferentes sitiosfluctuación del campo oscuro…estacionaria de luz y se produce una amplificación de esa luz. Entonces, en ese momento exacto, tú sabes que has dado con la frecuencia justa que define un número entero de longitud de onda de la caja, ¿vale? Y luego, una vez que tienes eso, te lo apuntas. Y dices: vale, esta es la frecuencia. Y luego sigue sintonizando y se te vuelve aquello a desajustar hasta que vuelve otra vez a resonar de nuevo. Entonces quiere decir que has metido una longitud de onda más. Entonces apuntas la frecuencia otra vez. Pues la diferencia entre esas dos frecuencias, 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 #6 · Palabras #8relojes 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 SocasPalabras #11relojes 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 VillatoroPalabras #10relojes 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…