Einstein’s Relativity Faces a Cosmic Test: Dual Atomic Clocks in Space

La Agencia Espacial Europea está a punto de poner a prueba una de las teorías más fundamentales de la física. Para intentarlo en casa, solo necesitarás un reloj atómico y una estación espacial.

Tres décadas de preparación. Después de 30 años de desarrollo, el lanzamiento de la instalación ACES (Atomic Clock Ensemble in Space) se acerca. Este ambicioso proyecto de la ESA enviará un conjunto de relojes atómicos de alta precisión a la Estación Espacial Internacional para medir el efecto de la gravedad en el paso del tiempo.

El objetivo de ACES no solo es validar, con una precisión sin precedentes, el efecto de la dilatación gravitacional del tiempo, predicho hace 100 años por Albert Einstein en su teoría de la relatividad general. También busca abrir la puerta a nuevas investigaciones sobre las constantes fundamentales y la materia oscura, además de mejorar la sincronización horaria global.

Un poco de contexto. Según la teoría de la relatividad general de Einstein, la gravedad deforma el espacio-tiempo, lo que tiene una consecuencia directa: el tiempo transcurre a diferente velocidad dependiendo de la intensidad del campo gravitatorio. Experimentos en la Tierra ya han demostrado que los relojes en la cima de las montañas (donde la gravedad es ligeramente menor) funcionan infinitesimalmente más rápido que los situados al nivel del mar.

ACES llevará este concepto al extremo. Orbitando a 400 km sobre la Tierra a bordo de la ISS, el instrumento de la ESA experimentará un campo gravitatorio notablemente más débil que en la superficie. El objetivo es crear una “red de relojes atómicos” comparando las señales de los instrumentos de ACES con los relojes más precisos de la Tierra. Esta comparación permitirá medir la dilatación temporal con mayor exactitud que nunca.

Además de confirmar la relatividad general, ACES medirá con precisión las diferencias de potencial gravitatorio entre continentes, comprobará si las constantes universales de la física son constantes a lo largo del tiempo, y explorará si la materia oscura interactúa con los relojes atómicos.

Dos relojes mejor que uno. El corazón de ACES son dos relojes atómicos que se complementan entre sí: PHARAO (Projet d’Horloge Atomique à Refroidissement d’Atomes en Orbite), desarrollado por la agencia espacial francesa CNES, y SMH (Space Hydrogen Maser), producido en Suiza por Safran Time Technologies.

PHARAO es un reloj atómico de cesio. Utiliza láseres para enfriar átomos de cesio hasta casi el cero absoluto (-273 °C). Este enfriamiento extremo permite mediciones de tiempo y frecuencia increíblemente precisas. PHARAO es más compacto que sus equivalentes terrestres (que pueden medir varios metros de altura), ya que en microgravedad, los átomos “flotan” más tiempo en la zona de interacción, sin tener que lanzarse verticalmente contra la gravedad.

SMH utiliza átomos de hidrógeno como referencia de frecuencia. Es un máser activo, similar a los usados en los satélites de navegación Galileo, pero diez veces más estable. Destaca por su estabilidad a corto plazo, en periodos de hasta una hora. Combinando esta estabilidad a corto plazo con la precisión a largo plazo del PHARAO, ACES ofrecerá una señal horaria con una precisión asombrosa, de tan solo un segundo cada 300 millones de años.

Lanzamiento a cargo de SpaceX. Después de ser ensamblado y sometido a pruebas en las instalaciones de Airbus, ACES fue trasladado en marzo de 2025 al Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida, donde ingenieros de la ESA, Airbus y la NASA completaron los preparativos finales en una