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Relojería atómica de alta precisión

  • Un nuevo reloj atrasa tan solo un segundo cada 50.000 millones de años
  • Emplea las oscilaciones de unos átomos de iterbio, un elemento químico especial
  • En la práctica proporcionará mejores sistemas GPS y otras aplicaciones científicas

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Interior del reloj atómico
Interior del reloj atómico NIST

Desde hace tiempo científicos e ingenieros se esmeran en crear relojes atómicos extremadamente precisos, capaces de marcar la hora sin variaciones empleando ingeniosos métodos para corregir las normales desviaciones. Atrás quedaron hace mucho los sistemas puramente mecánicos como los péndulos y si tenemos en cuenta que hay ciertas unidades del sistema métrico internacional que dependen de la precisión con que se puedan medir los segundos, esta 'alta definición' aplicada a los relojes es cada vez más importante.

El trabajo proviene del NIST (Instituto Nacional de Normas y Tecnología) estadounidense, donde un equipo liderado por Andrew Ludlow ha creado un reloj capaz de marcar el paso del tiempo con una precisión de 1,6 segundos por cada trillón (en números: unos 1,6 de cada 1.000.000.000.000.000.000). [El trabajo original puede consultarse aquí: An atomic clock with 10^18 instability.]

Para entenderlo mejor se puede calcular que una precisión de esta magnitud equivaldría, según los autores del trabajo, en poder medir la edad del universo conocido con una precisión de un segundo desde el momento del Big Bang. O, si se aplicara una medición similar a una medida de longitud, equivaldría a calcular el diámetro de la tierra con la precisión del tamaño de un solo átomo.

Para realizar la medición se emplea un elemento químico llamado iterbio en el que se mide la transición de sus electrones (una especie de oscilación o 'salto') cuando se bombardean con un láser. La definición oficial de "segundo" son 9.192.631.770 oscilaciones de este tipo en un átomo de cesio, pero se puede hacer fácilmente la conversión de un tipo de átomo a otro. Un láser complementario chequea la medición asegurándose que las transiciones de los electrones se han completado correctamente.

El nuevo reloj atómico desarrollado por el NIST aprovecha también otras ideas para minimizar la inestabilidad propia de este tipo de sistemas, que es lo que suele acabar dando al traste con su precisión.

Está claro que nadie podría poner como excusa que el reloj se ha retrasado si llevara uno de estos en la muñeca pero... ¿Para qué necesitamos una precisión tan alta en nuestra vida cotidiana? Por un lado se utilizan los relojes atómicos de este tipo en la calibración de todos los demás. Pero otras aplicaciones no son tan evidentes aunque sí sumamente importantes, por ejemplo, los sistemas de geoposicionamiento por satélite (GPS).

Los satélites GPS emplean señales que viajan desde el espacio hasta los dispositivos móviles que están en tierra: nuestros teléfonos móviles, navegadores y otros. Pero para ubicar el receptor GPS sobre un mapa es necesario conocer dónde están esos satélites y el tiempo que tardan sus señales en llegar a la superficie.

Las señales de radiofrecuencia que emplean viajan a la velocidad de la luz, pero aunque la distancia recorrida es muy grande (unos 20.000 km) el tiempo necesario es extremadamente pequeño (del orden de unas décimas de segundo). Medir todo esto con precisión es extremadamente importante para poder afinar la posición exacta: un fallo en el cálculo puede enviar la posición del mapa a cientos o miles de metros más allá.

Además de esto los satélites deben mantenerse sincronizados entre sí, por lo que contar con sistemas cuyos relojes no se retrasen lo más mínimo y además puedan ajustarse con extremada precisión es tremendamente importante. Es bien conocida la curiosidad de que en pos de ganar precisión los sistemas GPS tienen en cuenta incluso los efectos de la dilatación del tiempo debidos a los efectos de la relatividad, que aunque pequeños pueden afectar a las mediciones.

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