Segon dividit en un cuatrillón

2010/12/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

El yoctosegundo és el menor interval de temps que hi ha en l'actualitat, és a dir, algun cuatrilión d'un segon. És fàcil definir un interval més reduït, almenys matemàticament, però en la pràctica aquesta és la frontera dels éssers humans.

No és res, el temps que triga la llum a travessar el nucli d'un àtom de costat a costat. I sent tan curt, aquest temps va més enllà de la nostra intuïció. L'astrònom Carl Sagan deia: "La nostra capacitat d'apropiació del món, que denominem el sentit comú, depèn de determinades escales de grandària, velocitat i temps que ens corresponen als éssers humans. Som capaços de prendre consciència de coses que tenen una longitud d'entre deu i diversos quilòmetres d'un mil·límetre, que tenen una durada de menys d'un segon fins a una vida completa, etc.".

No obstant això, si hi ha més escales que les que ens corresponen, més curtes i llargues. Al principi, l'home ha explorat. Amb el temps, ha començat a utilitzar el que es va descobrir en aquesta exploració i, finalment, ha necessitat controlar aquests temps.

Sense rellotge

L'exploració ja ha arribat al territori del yoctosegundo, però el seu ús es troba en la zona d'intervals de temps més llargs un milió de vegades, en els attosegundos. La recerca del yoctosegundo es troba molt al principi (el propi prefix yocto va ser aprovat en 1991 en el Sistema Internacional d'Unitats fa tan sols vint anys), mentre que els làsers que funcionen a escala de l'attosegundo existeixen en els laboratoris de físics.

"Actualment no hi ha tècnica de mesurament del yoctosegundo. Però aquesta situació és habitual", afirma el físic Jörg Evers, cap de l'equip que investiga al yoctosegundo en el centre de Física Nuclear de l'Institut Max Planck. "Per exemple, han hagut d'inventar noves tècniques de detecció per a mesurar els polsos d'attosegundo que emeten els últims làsers. Nosaltres ara busquem idees per a desenvolupar tècniques que mesurin els polsos de yoctosegundo. La raó principal per a pensar que aquests polsos només duren uns yoctosegundos és que són emesos per un plasma quark-gluon que només dura uns yoctosegundos".

Però l'argument dóna una roda de bruixes. Com saben quant dura aquest plasma si no es pot mesurar? La resposta la tenen els físics teòrics.

El plasma d'Evers està format per quarkes i gluones, partícules que no es troben lliures en la naturalesa, com el plasma. De fet, els quarks són components de protons i neutrons units entre si per l'acció dels gluones. Per tant, aquestes partícules són els components bàsics del nucli dels àtoms. En desprendre's del nucli no romanen senceres, sinó que es desintegren en altres partícules. La durada d'aquest succés és la que calculen els físics teòrics. Amb gran precisió, per això Evers sap que la vida del plasma quark-gluon és de diversos yoctosegundos.

Un problema energètic

Treballar en aquest temps és molt limitat, de moment només té interès teòric. No es pot fer, per exemple, un làser basat en un plasma quark-gluon.

"En aquest moment es necessita el major accelerador d'ions pesats del món per a crear aquest plasma", afirma Evers. "Existeixen propostes teòriques per a generar polsos làser en l'escala dels zeptosegundos (mil vegades més llargs que els yoctosegundos). Però en la pràctica, de moment, no s'ha aconseguit. Aquestes propostes estan basades en la feble força nuclear i la nostra teoria va un pas més enllà: està basada en la força nuclear forta".

I si fos possible, per a què serviria? És difícil imaginar. En l'actualitat, els làsers amb polsos més curts, que emeten polsos d'attosegundo, han estat utilitzats per a investigar els moviments dels electrons en temps real. I un làser de l'escala del yoctosegundo podria servir per a seguir alguna cosa un milió de vegades més ràpid.

No obstant això, a més de ser tècnicament difícil, els físics haurien d'afrontar un altre problema. "Pel principi d'incertesa d'Heissenberg, treballar en els yoctosegundos suposa molt poca precisió en el mesurament de l'energia", afirma el físic del DIPC Pedro Miguel Etxenike.

Per exemple, l'energia d'un raig de llum es mesura amb gran precisió durant un segon. És com mesurar l'energia "mitjana" en un segon. Però si mesurem la seva energia en un determinat microsegon, l'error és major. Molt major. I en analitzar un temps molt menor, l'error serà encara major. Conèixer l'energia del raig en un determinat yoctosegundo és gairebé impossible. "Fent els càlculs, l'error és de 662 MeV", diu Etxenike. És a dir, no es pot saber si aquest raig de llum conté una petita energia de les radiofreqüències o una gegantesca energia dels raigs còsmics.

No és una dificultat tècnica, sinó una llei de la naturalesa. Això significa que es tracta d'un principi universal. Aquest principi fa que la informació que es pot rebre d'un sistema estigui molt limitada. Un exemple és la parella de temps i energia (hi ha altres parelles). Una vegada finalitzats les anàlisis d'un, es perd la percepció de l'altre. Per tant, treballar en l'escala del yoctosegundo no suposa necessàriament avantatges.

No obstant això, els físics no tanquen la porta a treballar amb temps més curts. "Ningú sap on està el límit", diu Evers. Però és molt difícil avançar en aquest camí. "En la nostra proposta, el temps que triga la llum a travessar el plasma quark-gluón és un límit a l'hora de crear polsos. Per tant, crec que en un futur pròxim no hi haurà fonts que emetin polsos més curts".

No obstant això, hi ha una raó per a intentar reduir més els límits dels intervals; el zeptosegundo (10 ^-21 s), l'attosegundo (10 -18”) i el femtosegundo (10 ^-15”) van provocar la mateixa reflexió que el ^{yoctosegundo.} I actualment el làser de zeptosegundos està en projecte, el més attosegundo està en els laboratoris i en procés de comercialització del més femtosegundo. Aquesta última, a més, ja ha estat utilitzada per a analitzar el mecanisme atòmic de la combustió i per a crear motors més eficients. Per tant, per què no pot succeir el mateix amb el yoctosegundo en el futur? El temps el dirà.