reloj cuántico

La orquesta toca sin director. Cada instrumento entra según su propio calendario: el violín el lunes, la flauta el miércoles, los timbales el sábado. Los astrónomos no oyen música, sino notas sueltas dispersas en el calendario. El telescopio ve la estrella solo cuando está sobre el horizonte y cuando el calendario le ha reservado tiempo.

El péndulo de estos relojes no oscila por un resorte o una pesa, sino por un diminuto empujón dentro del núcleo atómico. Los relojes atómicos ordinarios miden el tiempo mediante las oscilaciones de los electrones, pero aquí el péndulo es el propio núcleo: una densa bolita de protones y neutrones.

Una partícula cuántica se mueve en círculo, pasando por varias estaciones. En cada estación, algo le ocurre, por ejemplo, sus propiedades cambian ligeramente. Tras completar el ciclo, la partícula regresa, pero su estado ya no es exactamente el mismo que al principio.

Imagina una transición de fase cuántica como un baile complicado. Los electrones giran en orden estricto, y cada paso es su distribución espacial, mientras que el ritmo es la dinámica. Durante décadas, los físicos solo vieron un movimiento borroso, sin poder distinguir: ¿cambian las figuras o se acelera la música?

Una orquesta de miles de millones de átomos de cesio tocó una sola nota, y sonó durante 17 horas sin apagarse. No es hipérbole: físicos chinos crearon un cristal temporal continuo con un tiempo de vida récord. Un cristal temporal es un sistema que rompe la simetría temporal y pulsa espontáneamente con un ritmo inmutable.

Un péndulo que oscila casi medio billón de veces por segundo. No es mecánica: es el pulso de la luz atrapado por átomos de iterbio. En lugar de engranajes, aquí trabaja una rejilla láser — una onda estacionaria que mantiene los átomos en sus nodos, como guisantes en una vaina.

Un péndulo ordinario oscila con la misma frecuencia con la que se le empuja. Pero en el mundo cuántico se puede crear un sistema que responda al empuje dos, tres o más veces más lento, como si tuviera su propio ritmo. Estos sistemas se denominan cristales de tiempo discretos.

Una piedra cae en un pozo y el chapoteo llega a los oídos con retraso. Algo parecido le ocurre a la luz cuando escapa de la Tierra: sus oscilaciones se vuelven menos frecuentes, el rayo parece «cansarse». Esto es el corrimiento al rojo gravitacional — un fenómeno del que habló Einstein hace cien años.

Lanza una piedra a un estanque y verás círculos en el agua. Cuando la piedra se hunde, las ondas se expanden y poco a poco se desvanecen. Pero si miras en lo más profundo del espacio-tiempo, descubrirás que no funciona exactamente así.

Una película de una taza rota proyectada hacia atrás parece absurda: los fragmentos no se reúnen solos para formar el todo. Esta sensación intuitiva de irreversibilidad está relacionada con el aumento de la entropía, una medida del desorden en un sistema.

Un reloj de pared normal avanza de manera continua, pero un reloj cuántico es otra cosa. Hace tictac en momentos aleatorios y cada tictac puede durar un intervalo distinto. En promedio, si se observa durante mucho tiempo, marcará la hora correcta. Pero en cada instante concreto su manecilla puede saltar hacia adelante una cantidad inesperada.

Desde que Vera Rubin demostró de manera convincente por primera vez que las galaxias están rodeadas de materia invisible, la búsqueda de la naturaleza de la materia oscura sigue siendo uno de los principales objetivos de la física.

El tiempo fluye más lento cerca del suelo que en el techo — así lo predijo Einstein en la teoría de la relatividad. Para notar esa diminuta diferencia, los físicos proponen usar un par de fotones, enlazados como las voces de un dúo.

Calienta un reloj de cuarzo común diez grados y empezará a atrasarse segundos por día. Los relojes atómicos son más precisos, pero ocupan un armario entero. Un diamante con un diminuto defecto —la vacancia de nitrógeno— promete la precisión de un reloj atómico en el volumen de un grano de arena.

El tiempo es como una carretera: de lejos parece perfectamente lisa, pero con mucho aumento se ven todas las grietas. Esas irregularidades son los temblores cuánticos del vacío que impiden medir con exactitud el camino recorrido. Los físicos construyeron un modelo de reloj cuyo funcionamiento se basa en la creación espontánea de partículas a partir del vacío.

Estamos acostumbrados: el tiempo solo fluye hacia adelante. Pero las leyes cuánticas permiten que se convierta en una moneda que muestra cara y cruz a la vez. Toma una partícula con rotación intrínseca —su espín—. En un campo magnético, gira como un trompo.

En el laboratorio, el tiempo suele correr en la pared: manecillas, dígitos, un patrón de frecuencia. Pero para el universo no hay reloj externo. La ecuación de Wheeler-DeWitt, la ley principal de la gravedad cuántica, no contiene tiempo en absoluto, y todas las teorías fundamentales carecen de una flecha del tiempo incorporada.