Al emplear un método novedoso que vinculaba relojes con láseres ultrarrápidos, los físicos de la Universidad de Colorado han demostrado el reloj atómico óptico más preciso. Estos relojes increíblemente precisos, que concuerdan dentro de 1 parte en 10¹⁸ a pesar de que están separados por kilómetros, son incluso más precisos que los relojes atómicos convencionales, el estándar que usamos actualmente para definir el segundo. Además de establecer un nuevo estándar para el segundo, los relojes atómicos ópticos también se pueden utilizar en la investigación fundamental, como para detectar ondas gravitacionales.
Desde los antiguos egipcios y babilonios, la gente ha tratado de medir la hora del día con la mayor precisión posible. Al principio, nuestros instrumentos de cronometraje eran rudimentarios, y consistían en relojes de sol y gráficos que rastreaban el movimiento de los cuerpos celestes para identificar los cambios de estación.
En los siglos XVI y XVII, Galileo Galilei y Christiaan Huygen realizaron grandes avances en la medición del tiempo mediante el uso de un péndulo que marcaba con una frecuencia fija. Este reloj “oscilante” sentó las bases para básicamente todos los dispositivos de cronometraje posteriores.
Aunque operan de acuerdo con el mismo principio, un oscilador con resonancia, la principal diferencia entre un reloj de péndulo antiguo y un reloj atómico súper moderno es la frecuencia de vibración. Cuanto más pequeño y de mayor frecuencia sea un oscilador, más estables y puras serán sus resonancias, lo que hará que estos relojes sean más fiables.
Un reloj atómico mide el tiempo contando la frecuencia de volteo del espín en los electrones de los átomos de cesio. La resonancia atómica es tan aguda que puede decir si un reloj de cristal de cuarzo (es decir, un reloj típico que se encuentra en los dispositivos cotidianos) se desvía del momento correcto en menos de una parte en 10 in, o una millonésima de mil millonésima.
Esto explica por qué el segundo se define oficialmente como 9.192.631.770 giros de espín de electrones de cesio.
¿Por qué demonios querríamos mantener el tiempo con esta precisión? De hecho, no se puede subestimar la importancia de un cronometraje muy preciso. Los sistemas de navegación por satélite del Sistema de posicionamiento global (GPS) se basan en señales con marca de tiempo para proporcionarnos una ubicación precisa de un receptor GPS. Si no hubiera relojes atómicos, no habría GPS efectivo. El cronometraje de alta precisión también es primordial en la industria financiera, entre otras cosas, para las transacciones de sellado de tiempo en el sector bancario o el mercado de valores.
Cada década, la precisión de los relojes atómicos ha mejorado en un orden de magnitud desde su invención. Ahora, el próximo salto hacia adelante puede provenir de los relojes ópticos.
En teoría, un reloj óptico puede ofrecer precisión y estabilidad de frecuencia extremadamente alta, superando con creces el rendimiento de los mejores relojes atómicos de cesio actualmente en uso. El problema es que los relojes ópticos no se han sincronizado a grandes distancias. Para que estos relojes sean útiles y confiables, deben leer al mismo tiempo incluso cuando estén separados por miles de kilómetros.
Se informó un gran avance en la Universidad de Colorado, donde los físicos emplearon una nueva forma de vincular relojes con láseres ultrarrápidos. Utilizaron múltiples relojes basados en diferentes tipos de átomos: iterbio, aluminio y estroncio. El reloj de estroncio se colocó en la Universidad de Colorado, mientras que los otros dos se alojaron en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU.
Los relojes se conectaron directamente a través del aire mediante un rayo láser que viajó más de 1,5 kilómetros entre los dos edificios. Este enlace era tan confiable como el proporcionado por la fibra óptica de 3,6 kilómetros debajo de la carretera. Los relojes coincidían entre sí en 1 parte en 10¹⁸, lo que es lo suficientemente preciso para medir distorsiones en el espacio-tiempo, lo que los haría ideales para detectar ondas gravitacionales. También podrían ser lo suficientemente sensibles como para detectar vibraciones muy sutiles en la corteza terrestre, que podrían usarse para predecir erupciones volcánicas con más tiempo de anticipación del que podemos hacer hoy.
Fuente: ZME Science.
