¿Sabías que existen unidades de tiempo aún más pequeñas que los segundos? Aunque por motivos prácticos no hagamos uso de ellas en nuestra vida diaria, en el campo de la investigación científica utilizan con frecuencia. Por ejemplo, un centisegundo equivaldría a una centésima de segundo, es decir, serían 0,01 segundos. Y el nanosegundo equivale a la mil millonésima parte de un segundo, 0.000 000 001 segundos. Pero la cosa va todavía más allá.
Los attosegundos son unidades muchísimo más pequeñas de lo que nuestra cabeza y experiencia pueden llevarnos siquiera a comprender o imaginar. Un attosegundo equivale a un intervalo de tiempo de 0,000000000000000001 segundos, o lo que es lo mismo, a una millonésima de billonésima de segundo. De hecho, la relación entre un attosegundo y un segundo es similar a la proporción entre un segundo y la edad del universo (unos quince mil millones de años).
Gracias a estas unidades de medida, en el año 2010 consiguió llegar a medirse el periodo de tiempo más corto controlable hasta el momento, echando mano de la luz y su doble naturaleza de partícula y onda electromagnética para lograrlo. Y es que, al tratarse de una onda, la luz posee una longitud de onda (la distancia que recorre la perturbación de una onda) y una frecuencia de onda (el número de veces que se repite esa onda por unidad de tiempo), medida en Hercios (Hz). Esta, la frecuencia, es la clave para lograr realizar las mediciones temporales mencionadas.
En el espectro de luz no visible (aquella que el ojo humano no es capaz de percibir) los rayos cósmicos, rayos gamma, rayos X y ultravioleta poseen una alta frecuencia de onda (o sea, se repite muchas veces una onda por unidad de tiempo), llegando a superar los 10 exahercios. Progresivamente, esta frecuencia va disminuyendo conforme se recorre el espectro, pasando por los infrarrojos, las microondas o las ondas de radio.
Por eso, observando el comportamiento de la luz, ha podido realizarse este tipo de mediciones de unidades de tiempo muy, muy pequeñas, inaccesibles a través de cualquier otro método. En concreto, a través de los láseres, que pueden generar pulsos de luz de hasta 100 attosegundos. Pero los científicos del Instituto Max Born de Óptica No Lineal y Espectroscopia de Corto Tiempo (MBI) de Berlín (Alemania) llegaron a demostrar en un estudio publicado en la revista Nature en 2010 un control del tiempo con una incertidumbre residual de tan solo 12 attosegundos, lo que constituye el récord mundial para la escala de tiempo controlable más corta jamás medida.
En general, la luz es una onda electromagnética de muy alta frecuencia, pero en esta ocasión se utilizó un pulso de láser ultracorto y se emplearon métodos específicos de estabilización para la posición del máximo de la fase del pulso de luz. Una corrección que se basa en el llamado desplazador de frecuencia acústico-óptico y que acarrea verdaderos avances para esta clase de investigaciones en la naturaleza.
¿Existe un límite inferior de medida?
¡Sí!, no puede medirse el tiempo todo lo pequeño que queramos. Hablamos del tiempo de Planck, también llamado cronón. El tiempo de Planck se define a partir de constantes fundamentales de la naturaleza, como la constante de Planck (h), la velocidad de la luz (c) y la constante gravitacional (G). Su valor aproximado es de alrededor de 5.39 × 10^-44 segundos. Por debajo del tiempo de Planck, la física tal como la conocemos pierde su significado y se requiere una teoría más completa, como la aún inexplorada teoría de la gravedad cuántica, para comprender lo que sucede en estas escalas.
Koke, S., Grebing, C., Frei, H. et al. Direct frequency comb synthesis with arbitrary offset and shot-noise-limited phase noise. Nature Photon 4, 462–465 (2010). Doi: 10.1038/nphoton.2010.91
