El átomo de hidrógeno medido hasta billonésimas exprés
El átomo de hidrógeno es como un diminuto reloj que late con una precisión con la que los ingenieros solo pueden soñar. Cuando un electrón salta entre órbitas, absorbe o emite luz de una frecuencia estrictamente definida: ese es su "tictac". En el nuevo trabajo, los físicos capturaron una de estas transiciones, entre los estados 2S y 6P, y midieron su frecuencia con un error de menos de una milmillonésima parte por ciento. El número obtenido: 730 690 248 610,79 kilohercios, con un error de solo 0,48 kilohercios. Para comparar: si se midiera la distancia de Moscú a Vladivostok con esa misma precisión, el error sería menor que el grosor de un cabello humano.
Esta medición permitió calcular el radio del protón, la partícula alrededor de la cual gira el electrón. Antes, diferentes métodos daban resultados ligeramente distintos, como si dos termómetros marcaran temperaturas diferentes en la misma habitación. El nuevo valor, 0,8406 femtómetros (un femtómetro es la millonésima parte de un nanómetro), coincide con los datos más precisos del hidrógeno muónico, donde el electrón se reemplaza por su "primo" más pesado, el muón. El enigma de la discrepancia que atormentó a los físicos durante una década parece resuelto.
Pero el resultado principal no es el tamaño del protón en sí, sino la verificación de la electrodinámica cuántica (QED), la teoría que describe cómo la luz interactúa con la materia. La QED es una de las teorías más precisas en la historia de la ciencia, pero también debe ser puesta a prueba constantemente. El nuevo experimento confirmó las predicciones de la QED con una precisión de 0,5 millonésimas para las correcciones complejas relacionadas con el estado ligado del electrón. Es como revisar el mecanismo de un reloj, desmontándolo hasta el último tornillo y comprobando que todo gira sin fallos.
Si el átomo de hidrógeno se agrandara hasta el tamaño de un campo de fútbol, el protón sería del tamaño de un grano de arena en el centro, y el electrón, más pequeño que una mota de polvo volando por las gradas.
Las mediciones ultraprecisas de transiciones atómicas son la base de tecnologías futuras: desde computadoras cuánticas hasta navegación en el espacio profundo sin comunicación con la Tierra.