La tarea de construir un reloj que mantenga la hora con precisión es totalmente diferente a un reloj. Los relojes normales nos ayudan bastante bien para las necesidades prácticas del día a día, pero la investigación científica y la tecnología basada en mediciones sensibles requieren relojes que puedan medir el paso del tiempo con la mayor precisión. Por lo tanto, los científicos inventaron los relojes atómicos y, si bien son más precisos en el mantenimiento del tiempo que los sistemas convencionales, aún queda un margen significativo de mejora. Ahora, los científicos se están moviendo del mundo atómico al nuclear. Un nuevo estudio publicado en Naturaleza muestra que los físicos alemanes han desarrollado un reloj capaz de perder menos de una décima de segundo cada 20 mil millones de años. Eso es, dependiendo de cómo lo mires, 10 veces mejor que las tecnologías atómicas actuales
Pero antes de que consideremos obsoletos los relojes atómicos, consideremos qué los hace diferentes de los antecesores que hacen alarde del péndulo.
Cada reloj usa un resonador para controlar el tiempo. Un resonador es un mecanismo que, en aras de la simplificación, "marca" de forma regular. Los relojes antiguos usaban un péndulo y engranajes como resonador. Los relojes digitales utilizan las oscilaciones de la línea de alimentación o de un cristal de cuarzo como resonador. Un reloj atómico toma esta idea unos pasos más adelante al usar las frecuencias de resonancia de los átomos mismos como resonador. En este sistema, el resonador está regulado por la radiación electromagnética emitida por la transición cuántica de un átomo. En otras palabras, un reloj atómico realiza un seguimiento del tiempo midiendo los cambios energéticos en una partícula atómica.
Para algunos elementos y sus isótopos, esto sucede en frecuencias consistentes. El cesio-133, por ejemplo, oscila a exactamente 9,192,631,770 ciclos por segundo. Por eso se usó para construir el primer reloj atómico en el Laboratorio Nacional de Física en el Reino Unido, en 1955.
Desde entonces, una serie de avances tecnológicos han conducido a relojes atómicos más precisos, que incluyen enfriamiento por láser y captura de átomos, espectroscopia láser más precisa y el descubrimiento de otros elementos isotópicos que exhiben frecuencias resonantes aún más consistentes. El titular de registro actual para las lecturas de reloj atómico más precisas basa en iones de iterbio.
La razón por la cual los relojes atómicos son tan críticos tiene que ver con el hecho de que los relojes miden el tiempo de manera diferente en diferentes elevaciones. Cuanto más lejos esté un reloj de la fuente principal de gravedad, más rápido pasará el tiempo (es decir, un reloj funcionará más rápido en el Monte Everest que a nivel del mar). La diferencia es aparentemente insignificante, pero puede sumarse a medida que pasa más tiempo.
Gran parte de nuestra tecnología en estos días funciona como aplicaciones globales, como GPS. Para garantizar que funcionen al mismo tiempo, sin importar dónde se encuentre alguien, deben estar atados directamente a un reloj preciso. No hay mejor manera de garantizar que utilizar los relojes atómicos como estándar. En el último estudio, el equipo de investigación alemán describe una idea para medir directamente las oscilaciones del propio núcleo atómico del elemento (a diferencia de los electrones que rodean el núcleo). Un reloj atómico basado en este diseño podría evitar ser influenciado por fuerzas externas. El equipo de investigación identifica un estado de excitación en el isótopo del torio, Th-229m, que podría funcionar, e ilustra hallazgos experimentales que apoyan esta noción.
Solo hay un problema: el Th-229m no ocurre naturalmente. Si bien los resultados del nuevo estudio son impresionantes, no está claro exactamente cómo los investigadores pueden obtener suficiente cantidad de Th-229m para construir y mantener un reloj nuclear. Los investigadores obtuvieron Th-229m en este caso utilizando uranio-233 como fuente. No es un proceso fácil.
Si los científicos descubren cómo resolver ese pequeño problema y generar una cantidad sostenible de Th-229m, estamos viendo una nueva generación de relojes atómicos que sin duda jugarán un papel importante a medida que construimos más y más tecnología que abarca todo el mundo y Atiende a personas en todos los rincones del mundo.
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