Reloj de resonancia atómica, una precisión de una billonésima de segundo

Un reloj atómico, es un tipo de reloj que usa resonancia atómica para medir el tiempo, alimentando su contador en base a ciclos o frecuencia, etc...

Reloj de resonancia atómica
Un reloj atómico, es un tipo de reloj que usa resonancia atómica para medir el tiempo, alimentando su contador en base a ciclos o frecuencia de radiación, como veremos más adelante en el artículo. Los primeros dispositivos eran másers (del inglés "microwave amplification by stimulated emission of radiation"), un artefacto que produce ondas electromagnéticas a través de emisión estimulada. Los dispositivos que se usan actualmente están basados en principios físicos bastante más avanzados relacionados con átomos fríos y fuentes atómicas.

La precisión del reloj atómico debe ser de por lo menos una billonésima de segundo, y se usa como sistema de referencia para medir el tiempo a través de la Hora Internacional Atómica. Para usos civiles, se usa como sistema de referencia la Hora Universal Coordinada, la cuál posee las mismas características que la Hora Internacional Atómica, pero está sincronizada mediante observaciones astronómicas para medir el paso entre el día y la noche.

El primer reloj atómico fue construido en el año 1949 en Estados Unidos, en tanto que el primer dispositivo que poseía una precisión para la definición del segundo, fue construido en 1955 por Louis Essen en el Laboratorio Nacional de Física en Gran Bretaña, el cuál se basaba en la transición del átomo de cesio-133. En agosto del año 2004, científicos que trabajaban en Estrados Unidos lograron llegar a un reloj atómico a escala de chip, lo que es de un tamaño 100 veces más pequeño que cualquiera de los dispositivos diseñados hasta entonces. Además éste último requiere de poca potencia energética, lo que implica que puede usarse en numerosas aplicaciones.

Reloj atómico de hidrógeno Active Hydrogen MaserReloj atómico de hidrógeno Active Hydrogen Maser
(muestra la hora en tubos de vacío Nixie)

Las másers del reloj atómico, usan cámaras de gas ionizado, generalmente de cesio ya que este elemento es usado oficialmente en la definición de un segundo. Desde 1967, el Sistema Internacional de Unidades ha definido un segundo como 9.192.631.770 ciclos de radiación que corresponden a la transición entre 2 niveles de energía del átomo de cesio-133. Esta definición hace que el reloj atómico sea el dispositivo estándar para la medición del tiempo. El núcleo del reloj atómico es una cavidad de microondas que contiene el gas ionizado, un oscilador de radio de microondas, y un sistema iterativo que es usado para ajustar el oscilador con la frecuencia exacta de la absorción, definida por el comportamiento individual de los átomos.

El oscilador de microondas llena la cámara con ondas de radio. Cuando la frecuencia de radio alcanza la frecuencia del cesio, los electrones del átomo son capaces de absorber las ondas de radio y moverse entre 2 estados de energía, donde sólo los átomos que han logrado cambiar sus estados pueden afectar el detector. De esta manera si la incidencia de los átomos que son detectados disminuye, entonces la frecuencia del oscilador es nuevamente ajustada.

Otros tipos de relojes atómicos son usados para otros propósitos. Por ejemplo, el reloj de rubidio es el más comprado debido a su bajo costo y su pequeño tamaño. Éste es usado para aplicaciones aeroespaciales. Las investigaciones actuales tienen como meta un desarrollo del reloj atómico basado en transiciones ópticas y no en transiciones de microondas. Esto porque la frecuencia más alta de las transiciones ópticas unido a los sistemas de láser, permiten una mayor estabilidad de la frecuencia.


Fuente: misrespuestas

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