El átomo de helio es como un diminuto sistema solar: los electrones se mueven alrededor del núcleo, pero sus órbitas están regidas por reglas estrictas. Los científicos han aprendido a espiar estos movimientos con una precisión asombrosa. En el nuevo experimento, midieron la frecuencia de la transición entre dos estados del átomo de helio-4, como si hubieran capturado el momento en que un planeta salta de una órbita a otra.
Para ello, enfriaron átomos de helio-4 hasta un estado llamado condensado de Bose-Einstein: millones de átomos se funden en una nube única donde todos se mueven al unísono. La nube se mantuvo atrapada con una trampa láser ajustada para no distorsionar la transición medida. La frecuencia se determinó con un error de solo 48 hercios, lo que equivale a notar que el péndulo de un reloj se ha adelantado una milmillonésima de segundo. La comparación con un reloj en una estación remota a través de una línea de fibra óptica aseguró la calibración.
El valor preciso de la diferencia de tamaños entre los núcleos de helio-3 y helio-4 ayuda a verificar la electrodinámica cuántica, la teoría que describe la interacción entre la luz y la materia. Anteriormente, existía una discrepancia entre la teoría y el experimento en las energías de ionización de los estados excitados del helio. El nuevo resultado muestra que no hay tal discrepancia en el desplazamiento isotópico: por tanto, el enigma reside en otros aspectos de la teoría. Así, midiendo diminutos corrimientos en los espectros atómicos, los físicos ponen a prueba las leyes más fundamentales de la naturaleza.
El error de 48 hercios en una frecuencia de transición de aproximadamente 1,7 petahercios equivale a medir la distancia de la Tierra a la Luna con una precisión del grosor de un cabello humano.
En el relato de Greg Egan «Océano» (o «Halo»), las mediciones precisas de los espectros atómicos del helio se utilizan para comprobar efectos sutiles de la teoría cuántica de campos.