¿Cómo funciona un reloj atómico?

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Reloj atómico de cesio. Fuente: TheodoreGray

Reloj atómico de cesio. Fuente: TheodoreGray

La inmensa mayoría de los relojes que utilizamos tienen una precisión más que aceptable para nosotros, no obstante a menudo insuficiente para la sociedad científica, que necesita calcular fenómenos que a veces duran tan sólo millonésimas de segundo.

Para este tipo de mediciones tan exactas, se emplean los denominados relojes atómicos, cuyo funcionamiento se basa en el cálculo del tiempo que duran los cambios de energía en los átomos. Asimismo, cada uno de los elementos posee una frecuencia (tiempo que duran dichos cambios de energía) y oficialmente, un 2.º se consideran 9.192.631.770 ciclos de un átomo de cesio (Cs). Además, su precisión depende de muchos factores como el número de átomos: cuántos más átomos mucho mejor. Para que os hagáis una idea, la precisión es proporcional a la raíz cuadrada del número de átomos empleados.

En realidad, estos instrumentos son osciladores electrónicos. Las frecuencias antes mencionadas se unen a las frecuencias de la transición hiperfina (alteración de los niveles energéticos atómicos) del cesio, lo que provoca que sus iones emitan luz. Y así, esa luz es captada por celdas fotoeléctricas, que envían la energía a muchos artefactos electrónicos que elaboran la medición.

En 1949 se construyó el 1.er reloj atómico de la historia, diseñado por Harold Lyons para el NIST (National Institute of Standards and Technology). No paran de batir récords de precisión Este reloj consistía en un gran cilindro de acero de 1,70 metros de altura que albergaba una cámara de vacío con átomos de cesio en movimiento. Una máquina que supuso un antes y un después en la historia de la medición del tiempo, no obstante que ha quedado muy atrás respecto a los relojes atómicos actuales. Además, las técnicas utilizadas para su diseño(design) abarcan un espectro muy extenso que admite la producción de relojes basados en diferentes elementos.

Reloj atómico de estroncio. Fuente: NIST

Reloj atómico de estroncio. Fuente: NIST

Uno de los más innovadores es el reloj diseñado y construido el pasado año(365 días) por el NIST y la Universidad (Estatal) de Colorado. Una obra fantastico en la que ciencia e ingeniería se entrelazan para alcanzar la perfección absoluta, o casi. Esta desarrollado a partir de estroncio (Sr) y basa su funcionamiento en la interacción de los átomos con un láser: dichos átomos son atrapados por un láser rojo dentro de un diminuto espacio en forma de panqueque, lo que provoca que modifiquen sus estados energéticos. Estas modificaciones representan los “tics” del reloj, que experimenta unos 430.000.000.000.000 “tics” por segundo. De este modo, semejante prodigio tiene una precisión de 1(uno) 2.º cada 5(cinco) billones de años. Casi nada.

Este tipo de relojes son aptos de calcular el tiempo en attosegundos, es decir, en la trillonésima parte de un segundo. De hecho, el reloj del NIST y la Universidad (Estatal) de Colorado logró hace unos meses(del año) el récord(marca) de precisión al obtener una variación mínima de 2,1 attosegundos gracias a muchas avances en su diseño(design) interno. Simplemente espectacular.

Son registros que aceptan aventurar un futuro no muy lejano en el que los relojes atómicos superen la barrera del attosegundo. Poco nos queda para la alcanzar la perfección en la medición del tiempo.


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