Segundo dividido en un cuatrillón

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

• Fisika

El yoctosegundo es el menor intervalo de tiempo que hay en la actualidad, es decir, algún cuatrilión de un segundo. Es fácil definir un intervalo más reducido, al menos matemáticamente, pero en la práctica esa es la frontera de los seres humanos.

No es nada, el tiempo que tarda la luz en atravesar el núcleo de un átomo de lado a lado. Y siendo tan corto, ese tiempo va más allá de nuestra intuición. El astrónomo Carl Sagan decía: "Nuestra capacidad de apropiación del mundo, que denominamos el sentido común, depende de determinadas escalas de tamaño, velocidad y tiempo que nos corresponden a los seres humanos. Somos capaces de tomar conciencia de cosas que tienen una longitud de entre diez y varios kilómetros de un milímetro, de que tienen una duración de menos de un segundo hasta una vida completa, etc.".

Sin embargo, si hay más escalas que las que nos corresponden, más cortas y largas. En un principio, el hombre ha explorado. Con el tiempo, ha empezado a utilizar lo que se descubrió en esta exploración y, finalmente, ha necesitado controlar esos tiempos.

Sin reloj

La exploración ya ha llegado al territorio del yoctosegundo, pero su uso se encuentra en la zona de intervalos de tiempo más largos un millón de veces, en los attosegundos. La investigación del yoctosegundo se encuentra muy al principio (el propio prefijo yocto fue aprobado en 1991 en el Sistema Internacional de Unidades hace tan sólo veinte años), mientras que los láseres que funcionan a escala del attosegundo existen en los laboratorios de físicos.

"Actualmente no hay técnica de medición del yoctosegundo. Pero esta situación es habitual", afirma el físico Jörg Evers, jefe del equipo que investiga al yoctosegundo en el centro de Física Nuclear del Instituto Max Planck. "Por ejemplo, han tenido que inventar nuevas técnicas de detección para medir los pulsos de attosegundo que emiten los últimos láseres. Nosotros ahora buscamos ideas para desarrollar técnicas que midan los pulsos de yoctosegundo. La razón principal para pensar que esos pulsos sólo duran unos yoctosegundos es que son emitidos por un plasma quark-gluon que sólo dura unos yoctosegundos".

Pero el argumento da una rueda de brujas. ¿Cómo saben cuánto dura este plasma si no se puede medir? La respuesta la tienen los físicos teóricos.

El plasma de Evers está formado por quarkes y gluones, partículas que no se encuentran libres en la naturaleza, como el plasma. De hecho, los quarks son componentes de protones y neutrones unidos entre sí por la acción de los gluones. Por tanto, estas partículas son los componentes básicos del núcleo de los átomos. Al desprenderse del núcleo no permanecen enteras, sino que se desintegran en otras partículas. La duración de este suceso es la que calculan los físicos teóricos. Con gran precisión, por eso Evers sabe que la vida del plasma quark-gluon es de varios yoctosegundos.

Un problema energético

Trabajar en ese tiempo es muy limitado, de momento sólo tiene interés teórico. No se puede hacer, por ejemplo, un láser basado en un plasma quark-gluon.

"En este momento se necesita el mayor acelerador de iones pesados del mundo para crear este plasma", afirma Evers. "Existen propuestas teóricas para generar pulsos láser en la escala de los zeptosegundos (mil veces más largos que los yoctosegundos). Pero en la práctica, de momento, no se ha conseguido. Estas propuestas están basadas en la débil fuerza nuclear y nuestra teoría va un paso más allá: está basada en la fuerza nuclear fuerte".

Y si fuera posible, ¿para qué serviría? Es difícil imaginar. En la actualidad, los láseres con pulsos más cortos, que emiten pulsos de attosegundo, han sido utilizados para investigar los movimientos de los electrones en tiempo real. Y un láser de la escala del yoctosegundo podría servir para seguir algo un millón de veces más rápido.

Sin embargo, además de ser técnicamente difícil, los físicos deberían afrontar otro problema. "Por el principio de incertidumbre de Heissenberg, trabajar en los yoctosegundos supone muy poca precisión en la medición de la energía", afirma el físico del DIPC Pedro Miguel Etxenike.

Por ejemplo, la energía de un rayo de luz se mide con gran precisión durante un segundo. Es como medir la energía "media" en un segundo. Pero si medimos su energía en un determinado microsegundo, el error es mayor. Mucho mayor. Y al analizar un tiempo mucho menor, el error será aún mayor. Conocer la energía del rayo en un determinado yoctosegundo es casi imposible. "Haciendo los cálculos, el error es de 662 MeV", dice Etxenike. Es decir, no se puede saber si ese rayo de luz contiene una pequeña energía de las radiofrecuencias o una gigantesca energía de los rayos cósmicos.

No es una dificultad técnica, sino una ley de la naturaleza. Esto significa que se trata de un principio universal. Este principio hace que la información que se puede recibir de un sistema esté muy limitada. Un ejemplo es la pareja de tiempo y energía (hay otras parejas). Una vez finalizados los análisis de uno, se pierde la percepción del otro. Por tanto, trabajar en la escala del yoctosegundo no supone necesariamente ventajas.

Sin embargo, los físicos no cierran la puerta a trabajar con tiempos más cortos. "Nadie sabe dónde está el límite", dice Evers. Pero es muy difícil avanzar en ese camino. "En nuestra propuesta, el tiempo que tarda la luz en atravesar el plasma quark-gluón es un límite a la hora de crear pulsos. Por lo tanto, creo que en un futuro próximo no habrá fuentes que emitan pulsos más cortos".

Sin embargo, hay una razón para intentar reducir más los límites de los intervalos; el zeptosegundo (10 ^-21 s), el attosegundo (10 -18”) y el femtosegundo (10 ^-15”) provocaron la misma reflexión que el ^{yoctosegundo.} Y actualmente el láser de zeptosegundos está en proyecto, el más attosegundo está en los laboratorios y en proceso de comercialización del más femtosegundo. Esta última, además, ya ha sido utilizada para analizar el mecanismo atómico de la combustión y para crear motores más eficientes. Por lo tanto, ¿por qué no puede suceder lo mismo con el yoctosegundo en el futuro? El tiempo lo dirá.