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Reloj atómico

Reloj atómico
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El reloj mas preciso del mundo.jpg
Es considerado el reloj más preciso del mundo

Reloj atómico. Es un tipo de reloj que utiliza una frecuencia de resonancia atómica normal para alimentar su contador.

Precisión

El reloj atómico del Laboratorio Nacional del Reino Unido es el más preciso del mundo, de acuerdo con una reciente investigación. El CsF2 se basa en una fuente de emisión de cesio, en el que el tictac está marcado por la medida de energía necesaria para cambiar una propiedad de los átomos de cesio llamada “espín”.

De acuerdo con la definición internacional, lo que se mide son las ondas electromagnéticas necesarias para ejecutar este cambio de espín. El estándar internacional del tiempo se calcula con una red de más de 300 relojes en todo el mundo. Los datos se envían por satélite y se promedian en Francia.

Pero el tictac de cualquiera de ellos puede perder precisión, así que se corrige el promedio utilizando seis “estándares de frecuencia primaria” en Europa, EE.UU y Japón. Ese resultado corregido, llamado el “Tiempo atómico internacional”, se compara cada tanto con las mediciones astronómicas del tiempo. Ocasionalmente se agrega o se quita un segundo para corregir cualquier discrepancia horaria.

Estudios sobre su funcionamiento (que se publica en la revista clic Metrología) muestran que es el doble de preciso de lo que se creía. Este puede perder o ganar menos de un segundo en unos 138 millones de años.

El Reino Unido es una de varias naciones que provee el "segundo estándar", pero la competencia internacional por la precisión podría desplazar a este artefacto del primer puesto.

Funcionamiento

Reloj atómico

Mientras el reloj mecánico depende de un péndulo para funcionar, el atómico trabaja con la frecuencia de las transiciones energéticas hiper-finas (en rangos de las microondas) en los átomos.

En un extremo del reloj de cesio hay un horno con una placa de cesio del que se evaporan iones de este metal. Los iones se presentan en dos estados dependientes del espín del último electrón del cesio. Estos estados presentan una frecuencia energética de 9.192.631.770 Hza y en cada estado diferente los iones tienen propiedades magnéticas diferentes. Tras la evaporación, se utiliza un imán para separar los iones y descartar aquellos con mayor energía. Los iones con menor energía van a parar a una cámara.

Un radio-emisor de microondas llena la cavidad de la cámara de forma uniforme con ondas radioeléctricas. Cuando la frecuencia de la onda radiada se acopla con la frecuencia de la transición hiper-fina del cesio, los iones de cesio absorben la radiación y emiten luz. Una célula fotoeléctrica captura el momento exacto de la emisión; dicha célula tiene asociada una instrumentación electrónica que lo conecta con el radio-emisor y que ajusta la frecuencia del mismo.

Finalmente, conectado a dicha electrónica hay un contador que lleva el registro de veces que el radiotransmisor ha emitido una onda en la frecuencia del cesio y una computadora hace los cálculos restantes hasta convertirlos en un formato legible o en una radiotransmisión de un pulso en el espectro radioeléctrico en que escuchan los aparatos receptores. Por supuesto, el verdadero reloj es el contador.

Para realizar la medición a través de estas partículas es necesario crear un campo electromagnético que no existe de forma natural en el Universo. El proceso se realiza dentro de una "trampa magneto-óptica", una esfera del tamaño de un melón en la cual se inyectan átomos de cesio y se propagan, encerrados en un campo magnético, seis rayos de luz láser.

El sistema electrónico del reloj marca un segundo cuando han ocurrido 9.192.631.770 periodos de oscilación del campo eléctrico. "De contar ese número de oscilaciones viene la exactitud del reloj atómico".

Péndulo atómico

Dentro del reloj, los átomos de cesio están reunidos en racimos de 100 millones de átomos y se los hace pasar por una cavidad en la que se los expone a las ondas electromagnéticas. El color, o la frecuencia, se ajusta hasta que se ve cambiar el espín. Es entonces que los científicos saben que las ondas tienen la frecuencia indicada para definir un segundo. El CsF2 provee un "péndulo atómico" que pueden usar de referencia relojes de todo el mundo para verificar que están dando la hora con corrección.

Esa verificación está a cargo de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM, por sus siglas en francés), que recoge definiciones de segundos de seis "estándares primarios de frecuencia", el CsF2 en el Reino Unido, dos en Francia y uno en Estados Unidos, otro en Alemania y otro en Japón.

Para esos péndulos atómicos de alta precisión, la precisión absoluta es un objetivo permanente. Según las mediciones de 2010, el CsF2 estaba a la par del resto en cuanto a precisión de largo plazo: alrededor de una parte en 2.500.000.000.000.000.

Pero las mediciones de Krzystof Szymaniec, del NPL, y sus colegas de la Universidad de Pensilvania en Estados Unidos, han dado cuenta de que su precisión es el doble.

Novedades

Un reloj de cesio que marca la hora atómica de Reino Unido es ahora el más preciso del mundo, según una nueva evaluación de la máquina realizada por científicos del Laboratorio Nacional de Física (NPL) en Reino Unido. El reloj en cuestión es un mecanismo de elite. Pertenece a un prestigioso grupo de relojes de cesio construidos por laboratorios de Europa, EE.UU y Japón.

Su objetivo es medir el tiempo con normas nacionales que se promedian para producir el Tiempo Atómico Internacional y el Tiempo Universal Coordinado, utilizados como escalas en todo el mundo para procesos relevantes como la comunicación global, la navegación por satélite, la topografía y las transacciones informáticas de mercados financieros y bursátiles. Los métodos utilizados para mejorar el reloj de Reino Unido NPL-CSF2 también se pueden emplear para evaluar los cronógrafos de cesio de otros países.

Fuentes