Segundo dividido nun cuatrillón

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

• Fisika

O yoctosegundo é o menor intervalo de tempo que hai na actualidade, é dicir, algún cuatrilión dun segundo. É fácil definir un intervalo máis reducido, polo menos matematicamente, pero na práctica esa é a fronteira dos seres humanos.

Non é nada, o tempo que tarda a luz en atravesar o núcleo dun átomo de lado a lado. E sendo tan curto, ese tempo vai máis aló da nosa intuición. O astrónomo Carl Sagan dicía: "A nosa capacidade de apropiación do mundo, que denominamos o sentido común, depende de determinadas escalas de tamaño, velocidade e tempo que nos corresponden aos seres humanos. Somos capaces de tomar conciencia de cousas que teñen una lonxitude de entre dez e varios quilómetros dun milímetro, de que teñen una duración de menos dun segundo até unha vida completa, etc.".

Con todo, se hai máis escalas que as que nos corresponden, máis curtas e longas. Nun principio, o home explorou. Co tempo, empezou a utilizar o que se descubriu nesta exploración e, finalmente, necesitou controlar eses tempos.

Sen reloxo

A exploración xa chegou ao territorio do yoctosegundo, pero o seu uso atópase na zona de intervalos de tempo máis longos un millón de veces, nos attosegundos. A investigación do yoctosegundo atópase moi ao principio (o propio prefixo yocto foi aprobado en 1991 no Sistema Internacional de Unidades hai tan só vinte anos), mentres que os láseres que funcionan a escala do attosegundo existen nos laboratorios de físicos.

"Actualmente non hai técnica de medición do yoctosegundo. Pero esta situación é habitual", afirma o físico Jörg Evers, xefe do equipo que investiga ao yoctosegundo no centro de Física Nuclear do Instituto Max Planck. "Por exemplo, tiveron que inventar novas técnicas de detección paira medir os pulsos de attosegundo que emiten os últimos láseres. Nós agora buscamos ideas paira desenvolver técnicas que midan os pulsos de yoctosegundo. A razón principal paira pensar que eses pulsos só duran uns yoctosegundos é que son emitidos por un plasma quark-gluon que só dura uns yoctosegundos".

Pero o argumento dá una roda de bruxas. Como saben canto dura leste plasma si non se pode medir? A resposta téñena os físicos teóricos.

O plasma de Evers está formado por quarkes e gluones, partículas que non se atopan libres na natureza, como o plasma. De feito, os quarks son compoñentes de protones e neutróns unidos entre si pola acción dos gluones. Por tanto, estas partículas son os compoñentes básicos do núcleo dos átomos. Ao desprenderse do núcleo non permanecen enteiras, senón que se desintegran noutras partículas. A duración deste suceso é a que calculan os físicos teóricos. Con gran precisión, por iso Evers sabe que a vida do plasma quark-gluon é de varios yoctosegundos.

Un problema enerxético

Traballar nese tempo é moi limitado, de momento só ten interese teórico. Non se pode facer, por exemplo, un láser baseado nun plasma quark-gluon.

"Neste momento necesítase o maior acelerador de iones pesados do mundo paira crear leste plasma", afirma Evers. "Existen propostas teóricas paira xerar pulsos láser na escala dos zeptosegundos (mil veces máis longos que os yoctosegundos). Pero na práctica, de momento, non se conseguiu. Estas propostas están baseadas na débil forza nuclear e a nosa teoría vai un paso máis aló: está baseada na forza nuclear forte".

E se fose posible, paira que serviría? É difícil imaxinar. Na actualidade, os láseres con pulsos máis curtos, que emiten pulsos de attosegundo, foron utilizados paira investigar os movementos dos electróns en tempo real. E un láser da escala do yoctosegundo podería servir paira seguir algo un millón de veces máis rápido.

Con todo, ademais de ser tecnicamente difícil, os físicos deberían afrontar outro problema. "Polo principio de incerteza de Heissenberg, traballar nos yoctosegundos supón moi pouca precisión na medición da enerxía", afirma o físico do DIPC Pedro Miguel Etxenike.

Por exemplo, a enerxía dun raio de luz mídese con gran precisión durante un segundo. É como medir a enerxía "media" nun segundo. Pero si medimos a súa enerxía nun determinado microsegundo, o erro é maior. Moito maior. E ao analizar un tempo moito menor, o erro será aínda maior. Coñecer a enerxía do raio nun determinado yoctosegundo é case imposible. "Facendo os cálculos, o erro é de 662 MeV", di Etxenike. É dicir, non se pode saber se ese raio de luz contén una pequena enerxía das radiofrecuencias ou una xigantesca enerxía dos raios cósmicos.

Non é una dificultade técnica, senón una lei da natureza. Isto significa que se trata dun principio universal. Este principio fai que a información que se pode recibir dun sistema estea moi limitada. Un exemplo é a parella de tempo e enerxía (hai outras parellas). Una vez finalizados as análises dun, pérdese a percepción do outro. Por tanto, traballar na escala do yoctosegundo non supón necesariamente vantaxes.

Con todo, os físicos non pechan a porta a traballar con tempos máis curtos. "Ninguén sabe onde está o límite", di Evers. Pero é moi difícil avanzar nese camiño. "Na nosa proposta, o tempo que tarda a luz en atravesar o plasma quark-gluón é un límite á hora de crear pulsos. Por tanto, creo que nun futuro próximo non haberá fontes que emitan pulsos máis curtos".

Con todo, hai una razón paira tentar reducir máis os límites dos intervalos; o zeptosegundo (10 -21 s), o attosegundo (10 -18”) e o femtosegundo (10 -15”) provocaron a mesma reflexión que o yoctosegundo. E actualmente o láser de zeptosegundos está en proxecto, o máis attosegundo está nos laboratorios e en proceso de comercialización do máis femtosegundo. Esta última, ademais, xa foi utilizada paira analizar o mecanismo atómico da combustión e paira crear motores máis eficientes. Por tanto, por que non pode suceder o mesmo co yoctosegundo no futuro? O tempo dirao.