Este reloj es tan preciso que retrasará un segundo cuando la Tierra ya no exista
Aún no se puede llevar en la muñeca, pero existe un reloj tan preciso y estable que solo retrasará o adelantará un segundo cuando ya no existan humanos para comprobarlo. Investigadores estadounidenses han creado un reloj atómico que supera en varios órdenes de magnitud a los que se usan hoy para medir el tiempo.
Hasta bien entrado el siglo XX, los relojes mecánicos, los de péndulo o los de cristal de cuarzo eran los encargados por los humanos de parcelar en unidades algo que en la naturaleza es continuo, como es el tiempo. No fue hasta 1967 que la comunidad internacional usó relojes atómicos de cesio para determinar la unidad internacional de tiempo o el segundo SI. Estos relojes aprovechan una de las propiedades físicas de la materia, la frecuencia natural de sus átomos, como el tictac de los relojes suizos. Son tan precisos que deberían pasar 100 millones de años antes de que retrasara un ínfimo segundo. Sin embargo, un prototipo de reloj atómico de estroncio los ha dejado obsoletos.
“El nuevo reloj atómico usa una transición atómica en el rango de la frecuencia óptica, de ahí su nombre de reloj atómico óptico, a diferencia de los actuales relojes atómicos de cesio que usan esa transición atómica pero en la frecuencia de las microondas”, dice Jun Ye, investigador del JILA, un laboratorio estadounidense que acaba de mostrar al mundo su nuevo reloj atómico de estroncio. Su precisión es tal que tendrían que transcurrir más de 5.000 millones de años para que las posibles causas de un retraso o adelanto de un segundo, como la gravedad, la temperatura o los campos electromagnéticos, le hicieran mella.
Todos los relojes cuentan con algún mecanismo constante, regular y repetitivo que permite contar los sucesivos e iguales incrementos de unidades de tiempo. En el pasado, eran engranajes o la oscilación de un péndulo. En los relojes atómicos, la cadencia proviene de la transición entre dos niveles de energía en un átomo. En los basados en un metal como el cesio, la concreta vibración de sus átomos es de 9.192.631.770 ciclos por segundo. Estos algo más de 9.000 millones son la base del segundo SI o estándar internacional del segundo.
"Pero al ser mucho mayor la frecuencia óptica que la frecuencia de microondas, los relojes atómicos ópticos ganan tanto en precisión como exactitud", explica Ye. Por exactitud (accuracy, en inglés), hay que entender aquí la estabilidad o igual duración entre cada oscilación atómica, algo así como cada tic o tac en los relojes analógicos. La cifra puede marear, pero los científicos del JILA han medido 430 billones de estos tic por segundo. Para hacerlo, los átomos de estroncio son atrapados en una red formada por láser de luz roja en la misma frecuencia en la que se producen sus cambios de nivel de energía. Todos los detalles los explican en una investigación recién publicada en Nature.
Puede parecer una excentricidad de la ciencia, pero cronometrar el tiempo con la mayor exactitud posible es clave para la sociedad actual. Sin los relojes atómicos de cesio, muchos procesos y sistemas que necesitan de la mayor precisión posible y, lo que es igual de importante, la mayor sincronía, pasarían por muchos apuros. El sistema de navegación por GPS, las conexiones de internet y hasta la navegación espacial dependen de los relojes atómicos.
"En los años 70, cuando los relojes atómicos fueron enviados al espacio, nadie habría imaginado que todos tendrían hoy un smartphone que nos diría exactamente nuestra localización en cualquier lugar del planeta", recuerda el investigador del JILA. Pero su trabajo en este laboratorio conjunto entre la Universidad Boulder de Colorado y el NIST, el instituto de estándares de EEUU, abre muchas nuevas posibilidades para las que igual hay que esperar unos años hasta que den sus frutos.
"A medida que desarrollamos relojes de este tipo, impulsamos todo un conjunto de avances tecnológicos que beneficiarán a la sociedad. Por ejemplo, al permitir el desarrollo de sensores cuánticos para medir un amplio conjunto de cantidades físicas. Relojes como este también tendrán un papel central en las comunicaciones y navegación espacial del futuro", afirma Ye.
Pero antes, tienen que conseguir que los relojes de estroncio como este prototipo, del que aseguran que será aún mas preciso y estable en el futuro, se conviertan en el nuevo estándar que jubile a los ya viejos relojes de cesio. Y eso exigirá que la comunidad internacional de la metrología se ponga de acuerdo y redefina qué es un segundo.
