Un nuevo reloj atómico podría llevar a la redefinición del segundo

 

En el Sistema Internacional de Unidades (SI), el segundo se define como la duración de 9 192 631 770 periodos de la radiación de transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio.

Los relojes atómicos que se utilizan actualmente para medir estos procesos -y usados para definir el segundo como unidad de tiempo- se basan en el sistema de fuente, en que se echan átomos al aire con láser, como si se tratara de una fuente convencional.

Sin embargo, los científicos del Observatorio de París han demostrado la eficacia de otro tipo de reloj atómico basado en un entramado óptico, que captura átomos sirviéndose de la luz y "los retiene lo suficiente como para hacer una medición detallada", se señala en ‘Nature’.

El equipo de Lodewyck demostró el funcionamiento de este tipo de reloj usando una transición atómica con átomos de estroncio en lugar de los de cesio.

 

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Precisión en relojes atómicos puede redefinir el tiempo

La definición internacional de un segundo de tiempo podría ser el punto de partida para un cambio, gracias a los investigadores que han demostrado que un tipo avanzado de "reloj atómico" tiene el grado de exactitud y estabilidad necesaria para proporcionar un nuevo patrón.

Jérôme Lodewyck del Observatorio de Paris y sus colegas han demostrado que dos relojes llamados relojes de red óptica (OLC- Optical Lattice Clocks) pueden permanecer tan  perfectos en su marcha como la precisión experimental lo pueda lestablecer. Ellos dicen que esta prueba de consistencia es esencial si los OLCs se van a utilizar para redefinir el segundo, el cual se define actualmente de acuerdo con un tipo diferente de reloj atómico.

Christopher Oates, especialista en relojes atómicos patrones de tiempo en el Instituto Nacional de Patrones y Tecnología (NIST) en Boulder, Colorado, dice que esto es un "trabajo muy bello y cuidadoso, lo que da motivos para confiar en el reloj de red óptica y en relojes ópticos en general".

Desde 1967, el segundo se ha definido como la duración de 9,192,631,770 oscilaciones de la radiación de microondas absorbida o emitida cuando un átomo de cesio salta entre dos estados de energía particulares.

La forma más precisa de medir esta frecuencia en la actualidad se encuentra en una fuente atómica, en la que un haz de laser impulsa átomos gaseosos de cesio hacia arriba. La emisión de los átomos se sondea a medida que pasan dos veces a través de un haz de microondas - una vez en el camino hacia arriba, y una vez que se devuelven por gravedad.

Los relojes atómicos de fuente de cesio se utilizan para establecer los patrones de tiempo nacionales en el NIST, en el Observatorio de Paris y otros lugares.

El reloj de fuente de cesio tiene una exactitud de aproximadamente tres partes en 10 billones (3 × 10−16). Esto significa que puede mantener las escalas de tiempo con desviaciones menores de un segundo durante 100 millones de años. Sin embargo, algunos relojes atómicos más novedosos pueden hacerlo aun mejor. El control de emisiones de átomos ionizados individuales atrapados por un campo electromagnético puede suministrar una precisión de alrededor de 10−17.

Mejor tiempo

Los relojes estudiados por Lodewyck y sus colegas son más recientes aún: estos fueron demostrados por primera vez hace menos de una década. A pesar de que aun no pueden superar la exactitud de los relojes de iones atrapados, sí han demostrado ser comparables a los relojes de fuente de cesio, y algunos investigadores están convencidos de que en última instancia estos serán los mejores.

Hay dos razones para esto. En primer lugar,  al igual que los relojes de iones atrapados, miden la frecuencia de la luz visible, con una frecuencia de decenas de miles de veces mayor que la de las microondas. En segundo lugar, miden el promedio de frecuencia de emisión de miles de  átomos atrapados en lugar de uno solo, por lo que las estadísticas de medición son mejores. Los átomos se encuentran atrapados en una red óptica, algo así como una caja de huevos electromagnética para contener los átomos.

Sin embargo, para que  los OLCs sean  exitosos,  los investigadores deben demostrar que el tictac de un reloj tiene exactamente la misma velocidad que otro fabricado de la misma manera. Esto es lo que Lodewyck y sus colegas han demostrado. Se prepararon redes ópticas, cada una sosteniendo cerca de 10,000 átomos del isótopo de estroncio-87, y han demostrado que los dos relojes permanecen sincronizados dentro de una precisión de al menos 1.5 × 10−16, que es la mayor exactitud que el experimento podía medir.

El equipo también ha demostrado que sus relojes de red óptica de estroncio pueden seguir el ritmo de los tres  relojes de cesio del Observatorio de París, con una exactitud dictada solo por el límite fundamental de los propios relojes de cesio.

Mejores relojes atómicos serán de  gran ayuda para la ciencia básica. Por ejemplo, los físicos podrán utilizar estos relojes para investigar si algunas de las constantes fundamentales de la naturaleza cambian a través del tiempo, como algunas teorías lo predicen.

 

Versión Original en Ingles

 

Fecha original de publicación: 2013-07-22