Los científicos están tratando de redefinir la forma en que medimos el tiempo. He aquí por qué


Todo el mundo necesita saber la hora. Desde que el inventor holandés del siglo XVII Christiaan Huygens hizo el primer reloj de péndulo, la gente ha estado pensando en buenas razones para medir el tiempo con mayor precisión.

Obtener el momento adecuado es importante de muchas maneras, desde operar un ferrocarril hasta realizar operaciones de milisegundos en el mercado de valores. Ahora, para la mayoría de nosotros, nuestros relojes se comparan con una señal de relojes atómicos, como los que se encuentran a bordo de los satélites del sistema de posicionamiento global (GPS).

Pero un estudio reciente por dos equipos de científicos en Boulder, Colorado, podría significar que esas señales se volverán mucho más precisas, al allanar el camino para permitirnos redefinir la segunda con mayor precisión. Los relojes atómicos podrían llegar a ser tan precisos, de hecho, que podríamos comenzar a medir ondas de gravedad previamente imperceptibles.

Breve historia del tiempo

Los relojes modernos todavía utilizan la idea básica de Huygens de un oscilador con resonancia, como un péndulo de una longitud fija que siempre se moverá hacia adelante y hacia atrás con la misma frecuencia, o una campana que suena con un tono específico. Esta idea fue mejorada en gran medida en el siglo XVIII por John Harrison, quien se dio cuenta de que los osciladores más pequeños y de alta frecuencia tienen resonancias más estables y puras, lo que hace que los relojes sean más confiables.

Crédito: Andrew Seaman

Hoy en día, la mayoría de los relojes de uso diario utilizan una pequeña pieza de cristal de cuarzo en forma de diapasón musical en miniatura, con muy alta frecuencia y estabilidad. No ha cambiado mucho con el diseño de este reloj en los últimos cien años, aunque hemos mejorado para hacerlos más baratos y reproducibles.

La gran diferencia en estos días es la forma en que revisamos, o “disciplinamos”, los relojes de cuarzo. Hasta 1955, era necesario seguir corrigiendo su reloj comparándolo con un fenómeno astronómico muy regular, como el Sol o las lunas de Júpiter. Ahora disciplinamos los relojes contra las oscilaciones naturales dentro de los átomos.

El reloj atómico fue construido por primera vez por Louis Essen. Se utilizó para redefinir el segundo en 1967, una definición que se ha mantenido igual desde entonces.

Funciona contando la frecuencia de inversión de una propiedad cuántica llamada espín en los electrones de los átomos de cesio. Esta resonancia atómica natural es tan nítida que puede saber si la señal de su reloj de cristal de cuarzo se desvía en frecuencia por menos de una parte en 10¹⁵, eso es una millonésima de mil millonésima. Un segundo se define oficialmente como 9.192.631.770 giros de espín de electrones de cesio.

El hecho de que podamos fabricar osciladores tan disciplinados hace que la frecuencia y el tiempo sean las cantidades físicas que se miden con mayor precisión. Enviamos señales desde relojes atómicos de todo el mundo y al espacio a través de GPS. Cualquiera que tenga un receptor GPS en su teléfono móvil tiene acceso a un dispositivo de medición de tiempo asombrosamente preciso.


Lee mas: Por qué probablemente nunca tendremos un reloj perfecto


Si puede medir el tiempo y la frecuencia con precisión, entonces hay todo tipo de otras cosas que también puede medir con precisión. Por ejemplo, medir la frecuencia de giro de espín de ciertos átomos y moléculas puede indicarle la fuerza del campo magnético que experimentan, por lo que si puede encontrar la frecuencia con precisión, también habrá encontrado la fuerza del campo con precisión. Lo mas pequeño posible sensores de campo magnético trabajar de esta manera.

Pero, ¿podemos hacer mejores relojes que nos permitan medir la frecuencia o el tiempo con mayor precisión? La respuesta podría seguir siendo la que encontró John Harrison, aumentar la frecuencia.

La resonancia de giro de cesio tiene una frecuencia correspondiente a las microondas, pero algunos átomos tienen buenas resonancias nítidas para la luz óptica, un millón de veces más alta en frecuencia. Los relojes atómicos ópticos han mostrado comparaciones extremadamente estables entre sí, al menos cuando un par de ellos se colocan a solo unos pocos metros de distancia.

Los científicos están pensando en si la definición internacional del segundo podría redefinirse para hacerla más precisa. Pero para lograr esto, los diferentes relojes ópticos que usaríamos para mantener la hora con precisión deben ser confiables para leer la misma hora incluso si son en diferentes laboratorios a miles de millas de distancia. Hasta ahora, estas pruebas de larga distancia han sido no mucho mejor que para los relojes de microondas.

Mejores relojes

Ahora, usando una nueva forma de vincular los relojes con láseres ultrarrápidos, los investigadores han demostrado que se pueden colocar diferentes tipos de relojes atómicos ópticos a unos pocos kilómetros de distancia y aun así estar de acuerdo dentro de 1 parte en 10¹⁸. Esto es tan bueno como las mediciones anteriores con pares de relojes idénticos unos cientos de metros de distancia, pero unas cien veces más precisas que lo logrado antes con diferentes relojes o grandes distancias.

Los autores del nuevo estudio compararon múltiples relojes basados ​​en diferentes tipos de átomos: iterbio, aluminio y estroncio en su caso. El reloj de estroncio estaba ubicado en la Universidad de Colorado y los otros dos estaban en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU., Más adelante.

Un diagrama que muestra tres relojes atómicos comparados a distancia entre sí.

Esta web utiliza cookies propias y de terceros para su correcto funcionamiento y para fines analíticos y para fines de afiliación y para mostrarte publicidad relacionada con tus preferencias en base a un perfil elaborado a partir de tus hábitos de navegación. Al hacer clic en el botón Aceptar, aceptas el uso de estas tecnologías y el procesamiento de tus datos para estos propósitos. Ver Política de cookies
Privacidad