¿Estás cansado de que tus relojes pierdan tiempo a medida que pasan los años? Un nuevo reloj atómico, que es el más preciso, utiliza átomos de iterbio y láser para definir con precisión un segundo. Imagen vía el usuario de Flickr Earls37a
Si el reloj en su muñeca se retrasó cinco minutos en el transcurso de un año, probablemente no pensaría en nada. Pero los científicos e ingenieros confían en relojes atómicos ultraprecisos para una variedad de aplicaciones, y la búsqueda de relojes cada vez más precisos ha continuado durante milenios.
Ahora, un grupo de investigadores dirigido por Andrew Ludlow del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología ha puesto el listón más alto que nunca. Se predice que su reloj atómico más nuevo, presentado ayer, se volverá inexacto por una cantidad de 1.6 segundos después de funcionar durante un total de 10 18 segundos, o, en otras palabras, pierde un segundo completo en el transcurso de aproximadamente 50.8 mil millones de años. .
En el documento que describe su reloj, los investigadores proporcionaron un par de analogías para este nivel de precisión: "es equivalente a especificar la edad del universo conocido con una precisión de menos de un segundo", escribieron, "o el diámetro de la Tierra a menos que el ancho de un átomo ".
Como todos los relojes, los relojes atómicos mantienen un tiempo constante al basar la duración de un segundo en un evento físico que ocurre con regularidad. Mientras que los relojes mecánicos usan la oscilación de un péndulo para mantener el tiempo, los relojes atómicos usan un mecanismo que ocurre con aún más regularidad: la frecuencia específica de luz necesaria para hacer que un átomo fluctúe entre dos estados de energía (específicamente, para pasar de un estado fundamental en un estado excitado), que siempre es un valor uniforme. Por ejemplo, el estándar internacional actual que define la duración de un segundo es 9, 192, 631, 770 ciclos de la cantidad de radiación de microondas que hace que los átomos de cesio fluctúen entre los dos estados de energía y en el proceso emitan la mayor cantidad de luz posible.
Sin embargo, algunos factores pueden distorsionar incluso las mediciones más cuidadosas de esta frecuencia. Lo que los investigadores detrás de este nuevo reloj han hecho es crear un diseño innovador (usando un elemento diferente) que minimiza estas distorsiones más que cualquier reloj anterior.
Su diseño, llamado "reloj de red óptica", atrapa los átomos de iterbio dentro de una caja de rayos láser. Mantenidos en su lugar, los átomos son bombardeados por un segundo tipo de láser, que obliga a sus electrones a saltar en el nivel de energía. Un sensor verifica para asegurarse de que todos los átomos alcancen el nivel de energía más alto, y la frecuencia de luz precisa necesaria para obligarlos a hacerlo se convierte en la longitud exacta de un segundo.
Normalmente, cualquier movimiento físico leve de los átomos cuando son bombardeados puede conducir a cambios sutiles en la frecuencia de la luz necesaria para elevar su nivel de energía (como resultado del cambio Doppler), lo que impide la precisión del reloj. Pero, como se describe en MIT Technology Review, donde se publicaron por primera vez las noticias del reloj, la caja de rayos láser "mantiene los átomos en un agarre tipo vicio que minimiza los efectos Doppler". Además, la red retiene un número relativamente grande. de átomos (entre 1, 000 y 1, 000, 000) en comparación con la mayoría de los relojes atómicos, por lo que promediar la cantidad de radiación necesaria para elevar cada uno de estos al mayor nivel de energía proporciona un valor más preciso de la frecuencia precisa de la radiación, que luego se utiliza para establecer el tiempo.
Al comparar dos de estos relojes, los autores encontraron algo notable: cada "tic" mide intervalos de tiempo tan perfectamente que un reloj solo se retrasará una décima de segundo cuando el Sol envuelve a la Tierra a medida que evoluciona hacia un rojo gigante alrededor de 5 mil millones de años a partir de ahora.
Este nuevo reloj, y el refinamiento gradual de los relojes atómicos en su conjunto, puede parecer una búsqueda puramente académica, pero en realidad hay muchas aplicaciones muy útiles de la tecnología. Tome, por ejemplo, la aplicación "mapas" en su teléfono. Sin la capacidad de sincronizar estrechamente los relojes a grandes distancias, el sistema GPS no podría funcionar, ya que se basa en la comparación exacta del tiempo que tardan las señales en viajar desde varios satélites diferentes a su dispositivo habilitado para GPS.
Las actividades futuras que podrían utilizar este nuevo avance en la tecnología de reloj atómico podrían caer dentro de la ciencia de la geodesia, que busca medir con precisión pequeños cambios en la forma de la Tierra y su campo gravitacional a lo largo del tiempo. Todos los relojes funcionan a velocidades infinitamente más lentas al nivel del mar que a una milla de altura, porque la fuerza de la gravedad es más fuerte cuando está más cerca de la Tierra. Actualmente, con los relojes atómicos más sofisticados, esta diferencia de velocidad solo se puede medir cuando la elevación cambia en miles de pies, pero con el nuevo reloj, serán detectables cuando el reloj se sube o baja un centímetro, haciendo que el sistema potencialmente útil para medir cambios leves en el espesor del hielo glaciar o la elevación obtenida por las cadenas montañosas con el tiempo a medida que las placas tectónicas chocan.
