El reloj más preciso del mundo

Tendrían que pasar 15.000 millones de años para que el nuevo reloj atómico creado por físicos de EE UU retrasara un segundo. Para hacerse una idea, la edad del universo apenas llega a los 14.000 millones de años. El reloj ofrece tal precisión y estabilidad que podrían alumbrar descubrimientos científicos ni siquiera aún imaginados.

Como los relojes mecánicos, los atómicos se aprovechan de las oscilaciones. Pero en su interior no llevan un minúsculo engranaje o péndulo ni cuarzo al que se hace vibrar, sino átomos que oscilan de forma natural a una determinada frecuencia (expresada en hercios). El primer reloj atómico se creó en 1949 y 20 años más tarde, la Oficina Internacional de Pesos y Medidas adoptó esta tecnología para fijar la duración exacta del segundo: 9.192.631.770 ciclos de un átomo de cesio 133 a una temperatura de cero absoluto. Los relojes atómicos de cesio más avanzados adelantan o atrasan un segundo cada 300 millones de años.

Físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), de EE UU, de donde salió el primer reloj atómico en 1949, han logrado un doble récord de precisión con un reloj experimental que usa átomos de estroncio en vez de los de cesio. Sus cálculos apuntan a que los agentes que afectan al tictac atómico, como la gravedad o los campos electromagnéticos, necesitarían 15.000 millones de años para que el reloj atrasara o adelantara un segundo.

Una matriz creada por rayos láser atrapa los átomos de estroncio en una cámara de vacío

El enorme incremento en la precisión tiene una base natural y objetiva. Mientras los átomos de cesio 133 tienen aquellos 9.000 millones de ciclos por segundo, los del estroncio lo hacen a un ritmo de 431 billones por segundo. Además de preciso el nuevo reloj atómico es muy estable. En el campo de la cronometría, la estabilidad se refiere a la coincidencia en la duración de cada tictac con los demás. Aquí, esta bestia del tiempo ha mejorado en un 50% respecto a la marca obtenida por este mismo equipo de investigadores el año pasado, según explican en Nature Communications.

Para funcionar, los relojes atómicos usan una red creada con rayos láser que se entrecruzan atrapando los átomos en su baile oscilatorio dentro de una cámara de vacío. Esta malla es una de sus grandes ventajas, ya que apoyan sus mediciones en una nube de átomos y no en uno solo. Además, no hay que enfriar de forma artificial los átomos.

«El reloj opera a temperatura ambiente», dice en una nota el físico del centro conjunto de investigación del NIST y la Universidad Boulder de Colorado (EE UU), Jun Ye. «Esto es uno de los aspectos más importantes de nuestro enfoque, ya que podemos operar el reloj con una configuración sencilla y mantener al mismo tiempo la incertidumbre por la radiación de cuerpo negro al mínimo», añade. Esta radiación, relacionada con la temperatura, podría afectar a la precisión del reloj.

Entre las aplicaciones que se podrían aprovechar de esta mejora, están todos los sistemas que necesitan de una medida precisa y estable del tiempo, como el GPS, los sistemas de navegación autónoma o las misiones espaciales. Por ejemplo, las actuales transacciones de alta frecuencia en la bolsa exigen estar referenciadas a algún sistema basado en relojes atómicos.

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El físico del NIST, Jun Ye, lleva una década investigando con relojes atómicos basado en átomos de estroncio. / J. Burrus/NIST

Pero estos relojes de estroncio y otros elementos como el iterbio son tan precisos y estables que, dándole una vuelta a su uso, podrán servir para investigar las propias fuerzas que han sido las tradicionales enemigas de la medición exacta del tiempo. Al ser casi inmunes a la acción de la gravedad, los campos magnéticos o la temperatura, podrían convertirse en los mejores sensores para medir el más pequeño cambio en ellas.

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Documento: ‘Systematic evaluation of an atomic clock at 2×10 (-18) total uncertainty’