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El reloj m¨¢s preciso del mundo

F¨ªsicos estadounidenses crean un reloj at¨®mico de estroncio que retrasa o adelanta un segundo cada 15.000 millones de a?os

Miguel ?ngel Criado
La precisión de este reloj atómico se apoya en que los átomos de estroncio oscilan 431 billones de veces cada segundo.
La precisi¨®n de este reloj at¨®mico se apoya en que los ¨¢tomos de estroncio oscilan 431 billones de veces cada segundo.MARTI/JILA

Tendr¨ªan que pasar 15.000 millones de a?os para que el nuevo reloj at¨®mico creado por f¨ªsicos de EE UU retrasara un segundo. Para hacerse una idea, la edad del universo apenas llega a los 14.000 millones de a?os. El reloj ofrece tal precisi¨®n y estabilidad que podr¨ªan alumbrar descubrimientos cient¨ªficos ni siquiera a¨²n imaginados.

Como los relojes mec¨¢nicos, los at¨®micos se aprovechan de las oscilaciones. Pero en su interior no llevan un min¨²sculo engranaje o p¨¦ndulo ni cuarzo al que se hace vibrar, sino ¨¢tomos que oscilan de forma natural a una determinada frecuencia (expresada en hercios). El primer reloj at¨®mico se cre¨® en 1949 y 20 a?os m¨¢s tarde, la Oficina Internacional de Pesos y Medidas adopt¨® esta tecnolog¨ªa para fijar la duraci¨®n exacta del segundo: 9.192.631.770 ciclos de un ¨¢tomo de cesio 133 a una temperatura de cero absoluto. Los relojes at¨®micos de cesio m¨¢s avanzados adelantan o atrasan un segundo cada 300 millones de a?os.

F¨ªsicos del Instituto Nacional de Est¨¢ndares y Tecnolog¨ªa (NIST), de EE UU, de donde sali¨® el primer reloj at¨®mico en 1949, han logrado un doble r¨¦cord de precisi¨®n con un reloj experimental que usa ¨¢tomos de estroncio en vez de los de cesio. Sus c¨¢lculos apuntan a que los agentes que afectan al tictac at¨®mico, como la gravedad o los campos electromagn¨¦ticos, necesitar¨ªan 15.000 millones de a?os para que el reloj atrasara o adelantara un segundo.

Una matriz creada por rayos l¨¢ser atrapa los ¨¢tomos de estroncio en una c¨¢mara de vac¨ªo

El enorme incremento en la precisi¨®n tiene una base natural y objetiva. Mientras los ¨¢tomos 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. Adem¨¢s de preciso el nuevo reloj at¨®mico es muy estable. En el campo de la cronometr¨ªa, la estabilidad se refiere a la coincidencia en la duraci¨®n de cada tictac con los dem¨¢s. Aqu¨ª, esta bestia del tiempo ha mejorado en un 50% respecto a la marca obtenida por este mismo equipo de investigadores el a?o pasado, seg¨²n explican en Nature Communications.

Para funcionar, los relojes at¨®micos usan una red creada con rayos l¨¢ser que se entrecruzan atrapando los ¨¢tomos en su baile oscilatorio dentro de una c¨¢mara de vac¨ªo. Esta malla es una de sus grandes ventajas, ya que apoyan sus mediciones en una nube de ¨¢tomos y no en uno solo. Adem¨¢s, no hay que enfriar de forma artificial los ¨¢tomos.

"El reloj opera a temperatura ambiente", dice en una nota el f¨ªsico del centro conjunto de investigaci¨®n del NIST y la Universidad Boulder de Colorado (EE UU), Jun Ye. "Esto es uno de los aspectos m¨¢s importantes de nuestro enfoque, ya que podemos operar el reloj con una configuraci¨®n sencilla y mantener al mismo tiempo la incertidumbre por la radiaci¨®n de cuerpo negro al m¨ªnimo", a?ade. Esta radiaci¨®n, relacionada con la temperatura, podr¨ªa afectar a la precisi¨®n del reloj.

Entre las aplicaciones que se podr¨ªan aprovechar de esta mejora, est¨¢n todos los sistemas que necesitan de una medida precisa y estable del tiempo, como el GPS, los sistemas de navegaci¨®n aut¨®noma o las misiones espaciales. Por ejemplo, las actuales transacciones de alta frecuencia en la bolsa exigen estar referenciadas a alg¨²n sistema basado en relojes at¨®micos.

El físico del NIST, Jun Ye, lleva una década investigando con relojes atómicos basado en átomos de estroncio.
El f¨ªsico del NIST, Jun Ye, lleva una d¨¦cada investigando con relojes at¨®micos basado en ¨¢tomos de estroncio.J. Burrus/NIST

Pero estos relojes de estroncio y otros elementos como el iterbio son tan precisos y estables que, d¨¢ndole una vuelta a su uso, podr¨¢n servir para investigar las propias fuerzas que han sido las tradicionales enemigas de la medici¨®n exacta del tiempo. Al ser casi inmunes a la acci¨®n de la gravedad, los campos magn¨¦ticos o la temperatura, podr¨ªan convertirse en los mejores sensores para medir el m¨¢s peque?o cambio en ellas.

M¨¢s informaci¨®n
Documento: 'Systematic evaluation of an atomic clock at 2x10 (-18) total uncertainty'

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Sobre la firma

Miguel ?ngel Criado
Es cofundador de Materia y escribe de tecnolog¨ªa, inteligencia artificial, cambio clim¨¢tico, antropolog¨ªa¡­ desde 2014. Antes pas¨® por P¨²blico, Cuarto Poder y El Mundo. Es licenciado en CC. Pol¨ªticas y Sociolog¨ªa.

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