¿Podría este reloj redefinir la duración de un segundo?
Por aproximadamente medio siglo, la duración de un segundo – asumiendo que no tomas en cuenta los efectos de la relatividad – ha sido medido precisamente de la misma manera: por un péndulo que se balancea. Generaciones atrás, este péndulo colgaba de un reloj antiguo; hoy en día, los relojes más precisos son atómicos, pero el concepto del péndulo aún se mantiene fuerte, ya que estas cajas digitales están esencialmente registrando los movimientos de ida y vuelta de átomos de cesio.
Ahora, escribiendo en Optica, un equipo de investigadores ha anunciado que han diseñado un reloj atómico que usa efectivamente átomos de estroncio. Con la habilidad de marcar más rápido que el cesio, podría formar la base de un cronometraje preciso sin precedentes – uno en donde solo se pierden 0.008 nanosegundos al día.
Aunque casi todos no notaran directamente el incremento en la precisión, este reloj, si se adopta oficialmente como la definición de “un segundo”, mejorará la navegación por GPS en gran manera – digamos, de 1 metro a 1 centímetro de precisión, en algunas situaciones.
Tic Toc
“Queremos mejorar la infraestructura de la lectura del tiempo en todo el mundo al construir mejores y mejores relojes e integrarlos dentro de la infraestructura de la lectura del tiempo”, dijo Christian Grebing, líder del estudio e investigador en el Instituto Nacional de Meteorología en Alemania. “Lo que demostramos es un primer paso hacia una mejora global en el cronometraje”.
Relojes atómicos tradicionales, como se mencionó, dependen del elemento cesio. Cuando se exponen a microondas – o cualquier otro tipo de radiación suficientemente energética – los electrones que orbitan los átomos de cesio se excitan, y saltan a un estado más alto de energía antes de emitir alguna radiación y “caen” de nuevo.
Este movimiento es parecido a un péndulo. Esta frecuencia de movimiento se puede arreglar y se puede usar para definir cuánto dura un segundo.
De hecho, desde 1967, “un segundo” ha sido definido como 9.192.631.770 de estos movimientos de electrones, o “ciclos”. Dentro de los Estados Unidos está uno de los relojes atómicos más precisos, el NIST-F1. Es tan preciso que su error de tiempo por día es de unos 0.03 nanosegundos, lo que significa que en 100 millones de años solo habrá perdido cerca de un segundo.
Aunque es remarcablemente preciso, este reloj de cesio es cerca de 3.8 veces menos preciso que el propuesto reloj de estroncio. Operando de forma similar, un átomo de estroncio experimentará 429.000.000.000.000 ciclos al excitarse energéticamente, lo que serían aproximadamente 47 veces más rápido que el de cesio.
Más ciclos significan más precisión
Teóricamente, este nuevo reloj puede mantener el tiempo tan bien que solo 100 segundos se perderían si comenzara a contar desde el nacimiento del universo hace 13.8 billones de años.
Reloj atómico, revelado en el 2004 por NIST.
Este reloj usa radiación dentro de la parte óptica del espectro electromagnético, el cual presenta longitudes de ondas más bajas, mayores frecuencias, y mayores energías. Así, se conoce como un “reloj óptico”. Los relojes ópticos no son nuevos, pero siempre han sido vistos como inferiores a los relojes atómicos basados en microondas ya que requieren un mantenimiento y tiempo de parada significante, gracias a sus mayores complejidades técnicas.
Al combinar un láser de microondas (un “maser”) con un “peine de frecuencia”, una técnica que vincula directamente las frecuencias ópticas con unas más bajas, el equipo se las arregló superar estas complejidades delicadas para producir un reloj continuamente operacional y que necesita poco mantenimiento. Solo el tiempo dirá si este nuevo reloj es bienvenido en el mundo.
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