Reloj atómico

Reloj atómico de cesio.

Un reloj atómico es un tipo de reloj que para alimentar su contador utiliza una frecuencia de resonancia atómica normal. Los primeros relojes atómicos tomaban su referencia de un máser.[2] y una precisión igual a la frecuencia del transmisor de la radio que bombea el máser.

Los relojes atómicos mantienen una escala de tiempo continua y estable, el Tiempo Atómico Internacional (TAI). Para uso cotidiano se difunde otra escala cronológica: el Tiempo Universal Coordinado (UTC). El UTC deriva del TAI, pero se sincroniza usando segundos de intercalación con el Tiempo Universal (UT1), el cual se basa en la transición día–noche según las observaciones astronómicas.

El primero se construyó en el Willard Frank Libby, de los EE. UU., en 1949, basándose en ideas acerca de un fenómeno extremadamente regular: la resonancia magnética molecular y atómica, de Isidor Isaac Rabi, Premio Nobel de Física,[3] aunque la precisión conseguida mediante amoniomolécula utilizada por el prototipo del National Institute of Standards and Technology (NIST)— no era muy superior a los estándares de la época, basados en osciladores de cuarzo.

Hoy los mejores patrones de frecuencia atómicos se basan en las propiedades físicas de las fuentes de emisión de cesio. El primer reloj atómico de cesio se construyó en 1955, en el National Physical Laboratory (NPL), en Inglaterra. Sus creadores fueron Louis Essen y John V.L Parry.[4]

En el año 1967 los relojes atómicos basados en cesio habían conseguido fiabilidad suficiente como para que la Oficina Internacional de Pesas y Medidas eligiera la frecuencia de vibración atómica de los dispositivos creados y perfeccionados por Essen como nuevo patrón base para la definición de la unidad de tiempo físico. Según este patrón, un segundo se corresponde con 9 192 631 770 ciclos de la radiación asociada a la transición hiperfina desde el estado de reposo del isótopo de cesio 133: (133Cs).

La precisión alcanzada con este tipo de reloj atómico es tan elevada que admite únicamente un error de un segundo en 30 000 años. El reloj más preciso del mundo se diseña en el Observatorio de París, donde los actuales relojes atómicos tardarían 52 millones de años para desfasarse un segundo. El nuevo objetivo de la investigación francesa es aumentar ese plazo a 32 mil millones de años. El estándar actual de los relojes atómicos en activo permite el atraso de un segundo cada 3700 millones de años (NIST).

Historia

Lord Kelvin, en 1879, sugirió por primera vez la idea de utilizar la vibración atómica para medir el tiempo. El método práctico para su realización se convirtió en la resonancia magnética, desarrollada en el decenio de 1930 por Isidor Isaac Rabi.[3] El primer reloj atómico fue un dispositivo de máser de amoníaco construido en 1949 en la Oficina Nacional de Normas de EE. UU. NBS, ahora NIST). Era menos exacto que los relojes de cuarzo existentes, pero sirvió para demostrar el concepto [2]. El primer reloj atómico exacto fue un estándar de cesio sobre la base de una cierta transición del átomo de 133Cs, construido por Louis Essen en 1955 en el Laboratorio Nacional de Física (Reino Unido) [3]. La calibración del reloj atómico estándar de cesio se efectuó mediante uso de la escala cronológica astronómica tiempo efemérides (ET) [4].

Esto condujo a la más reciente definición de segundo acordada internacionalmente, por el Sistema Internacional de Unidades (SI), basada en tiempo atómico. Se ha verificado que la igualdad del segundo ET con la del segundo SI (reloj atómico) es de una precisión de 1 parte en 1010 [5]. El segundo SI hereda así el efecto de las decisiones de los diseñadores originales de la escala cronológica ET: tiempo de efemérides, la determinación de la duración del segundo ET.

Mayo de 2009. El reloj atómico óptico de estroncio JILA (siglas de Joint Institute for Laboratory Astrophysics) es ahora el reloj más exacto del mundo sobre la base de átomos neutros. Un luminoso láser azul en los átomos de estroncio ultrafríos en una trampa óptica que prueba sobre la eficacia de una explosión previa de luz de un láser de color rojo ha impulsado los átomos a un estado excitado. Sólo los átomos que permanecen en el estado de menor energía responden al láser azul, y provocan la fluorescencia que se expresa aquí. Fotografía: Sebastián Blatt, JILA, Universidad de Colorado [6].

Desde el comienzo del desarrollo en el decenio de 1950, los relojes atómicos se han hecho sobre la base hiperfina ( microondas) de las transiciones en 1H (hidrógeno 1), 133Cs y 87Rb (rubidio 87). El primer reloj atómico comercial fue el Atomichron, fabricado por la National Company. Se vendieron más de 50, entre 1956 y 1960. A esta máquina, voluminosa y cara, posteriormente la substituyeron dispositivos mucho más pequeños, de montaje en rack, como el modelo 5060 de Hewlett-Packard estándar, de frecuencia de cesio, lanzado en 1964 [1].

A finales del decenio de 1990, cuatro factores han contribuido a importantes avances en este tipo de relojes: [7]

• Enfriamiento láser y atrapado de átomos.

• Cavidades de alta finura de Fabry-Pérot para líneas láser angostas.

• Espectroscopia láser de precisión.

• Un conveniente recuento de frecuencias ópticas utilizando peines ópticos.

En agosto de 2004, científicos del NIST demostraron un reloj atómico de chips [8]. Según los investigadores, el tamaño del reloj sería de la centésima parte de cualquiera otro. También se proclamó que requería sólo 75 milivatios (mW), lo que es idóneo para aplicaciones sustentadas en energía a base de pilas. Esta tecnología está disponible comercialmente desde 2011 (SA.45s CSAC Chip Scale Atomic Clock. 2011. 24 de mayo de 2012).

En marzo de 2008, físicos del NIST demostraron un reloj basado en lógica cuántica sobre mercurio y sobre iones individuales de aluminio. Estos dos relojes son las más exactos que se han construido hasta la fecha. No se atrasan, ni se adelantan, a una velocidad que exceda en más de un segundo en mil millones de años [9].

Other Languages
Alemannisch: Atomuhr
العربية: ساعة ذرية
azərbaycanca: Atom saatı
беларуская: Атамны гадзіннік
български: Атомен часовник
bosanski: Atomski sat
čeština: Atomové hodiny
dansk: Atomur
Deutsch: Atomuhr
Ελληνικά: Ατομικό ρολόι
English: Atomic clock
eesti: Aatomkell
فارسی: ساعت اتمی
suomi: Atomikello
français: Horloge atomique
hrvatski: Atomski sat
magyar: Atomóra
Bahasa Indonesia: Jam atom
日本語: 原子時計
қазақша: Атом сағаты
한국어: 원자 시계
latviešu: Atompulkstenis
മലയാളം: ആണവഘടികാരം
Bahasa Melayu: Jam atom
Nederlands: Atoomklok
norsk nynorsk: Atomur
norsk bokmål: Atomur
português: Relógio atômico
română: Ceas atomic
русский: Атомные часы
srpskohrvatski / српскохрватски: Atomski sat
Simple English: Atomic clock
slovenčina: Atómové hodiny
slovenščina: Atomska ura
српски / srpski: Атомски часовник
svenska: Atomur
Türkçe: Atom saati
українська: Атомний годинник
oʻzbekcha/ўзбекча: Atom soati
中文: 原子鐘