Uso de relojes atómicos en el espacio para resolver el misterio de la materia oscura

Un equipo de científicos internacionales propone enviar relojes atómicos al espacio para detectar y comprender la enigmática materia oscura.

Materia oscura es un misterio que ha atormentado a los investigadores durante décadas. Esta esencia desconocida representa el 85% de toda la materia del Universo, y aunque se pueden observar sus efectos, no se han detectado directamente. Expertos de la Universidad de Delaware, la Universidad de California y la Universidad de Tokio están colaborando para resolver este antiguo misterio enviando relojes atómicos al espacio.

La búsqueda, ‘Detección directa de materia oscura ultraligera unida al Sol con sensores cuánticos basados ​​en el espacio‘, publicado en astronomia de la naturaleza, planea enviar dos relojes atómicos a los confines del sistema solar para buscar materia oscura ultraligera que tenga propiedades ondulatorias que podrían afectar el funcionamiento de los relojes.

¿Qué son los relojes atómicos?

Los relojes atómicos dan la hora midiendo las rápidas oscilaciones de los átomos y ya se utilizan en el espacio para habilitar el Sistema de Posicionamiento Global (GPS). En el futuro, los relojes espaciales podrían ayudar a navegar la nave espacial y proporcionar enlaces a grifos terrestres.

Todos los relojes marcan la hora mediante algún tipo de proceso repetitivo, como un péndulo oscilante. Sin embargo, los relojes atómicos usan tecnología láser para manipular y medir oscilaciones atómicas que son extremadamente rápidas. Por ejemplo, un reloj basado en átomos de estroncio hace tictac 430 billones de veces por segundo, y los relojes atómicos son extremadamente más precisos que cualquier dispositivo mecánico.

Históricamente, los relojes atómicos podían tener el tamaño de unos pocos escritorios, pero los avances recientes en precisión y portabilidad significan que algunos relojes atómicos ahora pueden caber en una camioneta, siendo el Reloj Atómico del Espacio Profundo de la NASA aún más pequeño, del tamaño de una tostadora. 🇧🇷

Sin embargo, en los últimos 15 años se han desarrollado diferentes tipos de relojes basados ​​en frecuencias mucho más altas, como los relojes ópticos que son mucho más precisos y no perderán ni un segundo de tiempo en miles de millones de años.

Marianna Safronova, física de la Universidad de Delaware, dijo: “Ahora tenemos relojes portátiles y es divertido pensar en cómo enviarías estos relojes de alta precisión al espacio y establecer las grandes cosas que podemos hacer.

«Es una hermosa sinergia entre un especialista cuántico y teóricos de partículas, y estamos trabajando en nuevas ideas en la intersección de estos dos campos».

Desentrañando las misteriosas propiedades de la materia oscura

La encuesta propuesta enviaría relojes espaciales más cerca del Sol que Mercurio, un área que creen que tiene más materia oscura para detectar. Estos incluyen relojes atómicos, nucleares y moleculares que se están desarrollando actualmente y también se conocen como sensores cuánticos.

Safronova explicó: “Esto se inspiró en el Sonda solar Parker, la misión en curso de la NASA que ha enviado una nave espacial más cerca del Sol que cualquier otra nave espacial. No tiene nada que ver con sensores o relojes cuánticos, pero demostró que es posible enviar un satélite muy cerca del Sol, detectar nuevas condiciones y hacer descubrimientos. Esto está mucho más cerca del Sol de lo que estamos proponiendo aquí”.

El objetivo del estudio es investigar la materia oscura ultraligera, que los investigadores creen que podría formar una enorme región similar a un halo vinculada al Sol. La materia oscura ultraligera puede hacer que las energías de los átomos fluctúen, lo que cambiará el funcionamiento del reloj, aunque este efecto depende de los átomos que utilice el reloj. Luego, los investigadores monitorean las diferencias en los relojes para buscar materia oscura.

“Tiene propiedades muy específicas y es una materia oscura muy específica que puede ser detectada por relojes. Lo que es observable es la relación de estas dos frecuencias de reloj. Esa proporción debería fluctuar si existe tal materia oscura», dijo Safronova.

Explicó que los relojes nucleares, que se basan en los niveles de energía nuclear en lugar de los niveles de energía atómica, podrían ser el mejor reloj para esta investigación. Actualmente está involucrada en un proyecto para construir un prototipo financiado por el Consejo Europeo de Investigación.