El reloj más exacto del mundo (otra vez)

El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología en Estados Unidos, anunció oficialmente la semana pasada, un nuevo reloj atómico capaz de medir el tiempo con tres veces mayor precisión.

Por Glenys Álvarez

Vivimos en un mundo donde la palabra 'nano' parece grande. La tecnología se actualiza a la velocidad de un neutrino y una civilización de teléfonos inteligentes, alta tecnología meteorológica y sistemas de posicionamiento satelital o GPS, requieren de una cronometría cada vez más precisa, de hecho, hoy el tiempo es medido con una escrupulosidad en una milmillonésima parte de un segundo, estamos hablando de frecuencias cuánticas. Precisamente, los relojes atómicos se encuentran en laboratorios donde son controlados, manteniendo estables específicas variables ya que medir el tiempo hoy en día quiere decir adentrarse en un átomo del elemento Cesio y determinar su vibración natural, esa vibración determina la longitud de un segundo.

Los investigadores miden esta vibración utilizando láseres. En el laboratorio, un grupo de 10 millones de átomos de cesio es lanzado o impulsado hacia arriba por estos láseres dentro de una cámara que mide unos 92 centímetros; el grupo pasa por un haz de microondas que lo descompone. En ese momento, algunos de los átomos son impulsados aún más arriba al pasar por un estado de energía más alto, lo que hace que emitan luz. Cuando la mayoría de los átomos en el cesio han sido impulsados a un nivel más alto, la luz emitida, por supuesto, es mucho más intensa y esa es la medida para saber la longitud del segundo. Por el momento, el número que nos indica cuánto mide un segundo es el siguiente: 9,192,631,770 Hz. Esta frecuencia de resonancia natural del cesio, define la longitud de un segundo en el mundo moderno.

El reloj que mide esta frecuencia es llamado NIST-F1 y vive en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología en Boulder, en el estado de Colorado en Estados Unidos. Pues bien, el pasado 3 de abril, NIST introdujo un reloj atómico mucho mejor, basado también en la fuente de cesio pero capaz de medir la longitud del segundo con una precisión tres veces mejor que el anterior, no por poco ha sido certificado recientemente por la Oficina Internacional de Pesas y Medidas como el medidor del tiempo más preciso del mundo. De hecho, los investigadores indican que llevan décadas desarrollando este nuevo reloj que han llamado NIST-F2.

“NIST -F2 tiene una precisión de un segundo en 300 millones de años”, explicó Thomas O'Brian, director de la división de frecuencia en NIST. “Este nuevo sistema alcanza una temperatura de -158 grados Celsius, eliminado así el exceso de radiación y reduciendo el desplazamiento”.

Estos estándares atómicos realmente mantienen la esencia del internet ya que sincronizan las redes digitales, los teléfonos y los satélites de posicionamiento. Los científicos agregan, además, que estos átomos operan bajo condiciones realmente tensas, por ello los laboratorios controlan rigurosamente el entorno, como los cambios de temperaturas, la vibración significativa o el cambio de los campos magnéticos, ya que pueden obstaculizar la exactitud en la medición.

El reloj atómico hace uso de la consistencia en el universo para mantener el tiempo coherente. Cada protón tiene exactamente la misma masa, tamaño, carga, y demás que cualquier otro protón, pero dos péndulos no son siempre lo mismo. Por lo tanto, si construyes un reloj atómico en cualquier parte del universo, llevará siempre el mismo ritmo que todos los otros relojes atómicos. Y ese es un gran rendimiento. Por ejemplo, si un montón de relojes de cesio, como los de NIST, arrancaran juntos a medir el tiempo justo después de la Gran Explosión, hoy el margen de error entre todos sería de un minuto y medio. Esa consistencia es realmente fascinante.

Hoy vivimos en un mundo donde el tiempo no es determinado por la rotación del planeta. Donde un segundo ya no se define como los 86,400 de una rotación terrestre sino como la “duración de 9,192,631,770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133”. Ciertamente, son medidas extremadamente exactas para el quehacer del humano promedio, hasta para el GPS son ultra exactas. Los científicos, tecnólogos y demás personas aficionadas, pueden medir con estos relojes, sin embargo, hasta la velocidad de un rayo de neutrinos.

“En un futuro no muy lejano, vamos a terminar redefiniendo el segundo”, dijo Steve Jefferts, director del proyecto.

En la imagen vemos a los físicos Steve Jefferts (primer plano) y Tom Heavner, con el nuevo reloj atómico, NIST-F2.