¿Cómo empezamos a medir intervalos de tiempo más y más cortos?

Aunque para muchas personas un segundo puede significar una pequeña cantidad de tiempo que parece diluirse apresuradamente en sus vidas, otros dependen de este tiempo para ganar una competición deportiva, para nuestro planeta representa avanzar casi 30 kilómetros en su órbita alrededor del Sol, y para un rayo de luz el recorrer casi la distancia que nos separa de la Luna.

La medición del tiempo ha sido una tarea que desde épocas remotas los seres humanos han tenido muy presente, y que fue inicialmente vinculada a movimientos repetitivos, como los asociados a ciclos astronómicos, principalmente el del Sol y la Luna sobre nuestras cabezas.

El día y la noche, las fases de la luna, las estaciones del año o el movimiento de los planetas, fueron así los primeros eventos que permitieron hablar de periodicidad como forma de registrar el paso del tiempo, de intervalos cortos a otros más largos. Posteriormente, los primeros relojes fueron esenciales para dividir el día, en intervalos aún mas pequeños, las horas, mediante la observación de la posición de la sombra que proyectaban postes de madera. Mientras hubiera luz solar estos relojes funcionaban a la perfección, pero en su ausencia fue necesario desarrollar relojes de agua, conocidos como clepsidras, junto a los cautivadores relojes de arena. 

Siglos después el reloj evolucionó y en 1335 encontramos el primer artilugio mecánico cuyo funcionamiento estaba basado en pesas y engranajes. La precisión de los relojes fue aumentando paulatinamente, así como el uso del tiempo que adquiere un significado preponderante como una cantidad física medible, permitiendo establecer otras cantidades tales como la velocidad o al aceleración. 

El tiempo como herramienta para la descripción de fenómenos en la naturaleza se fue alimentando con personajes como Galileo, quién estudio las oscilaciones del péndulo que permitieron la invención de mecanismos más refinados en relojes mecánicos con los que se lograba medir intervalos de décimas de segundo, y Newton con la invención del cálculo diferencial para estudiar pequeñas variaciones en sistemas físicos. 

Ya en la segunda mitad del siglo XX, menos de una década después de que se definiera oficialmente el segundo con base a observaciones astronómicas relacionadas con la posición del Sol, llegarían los relojes atómicos a ponerlo todo patas arriba. Los nuevos dispositivos funcionan a partir de las transiciones que se pueden medir a nivel atómico, usando la oscilación entre dos estados de energía de un átomo o de una molécula. Para la nueva definición de segundo se usó el átomo de cesio, y se pudieron registrar intervalos con una precisión de millonésimas de segundo. El decaimiento radiactivo de algunos átomos ocurre justamente en esas, y en otras aún más pequeñas, escalas de tiempo.

Con la tecnología láser se pudieron medir tiempos de mil millonésimas a billonésimas de segundo, tan cortos que antes parecía imposible poder registrarlos. Poco antes de terminar el siglo pasado el Premio Nobel de Química se otorgaba al egipcio Ahmed Hassan Zewail por proyectar pulsos de láser de muy corta duración sobre las partículas que intervienen en reacciones químicas y estudiarlas en tiempos de femtosegundos (una milésima de billonésima de segundo), el intervalo que se requiere para que los enlaces químicos se rompan y se formen; nacía así la femtoquímica. 

Y para no dejar de sorprendernos, ahora tenemos la noticia de la medición de la unidad de tiempo más corta jamás registrada, el tiempo que tarda una partícula de luz (fotón) en atravesar una molécula de hidrógeno. Para ello tenemos que hablar ahora de zeptosegundos, es decir de miltrillonésimas de un segundo. El nuevo record del tiempo más corto registrado es exactamente de 247 zeptosegundos, medido usando un poderoso microscopio para rastrear las reacciones de la molécula de hidrógeno al fotón de alta energía que la atraviesa, específicamente a través del patrón de interferencia que se forma por las ondas producidas cuando el fotón alcanza el primer átomo y, a continuación, el segundo.

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