Un reloj nuclear 100 veces más preciso que el reloj atómico actual
Un equipo internacional de científicos trabaja en la construcción de un reloj con un margen de imprecisión de una décima de segundo en 14.000 millones de años, informó hoy el Instituto Tecnológico de Georgia
Colombia.com - Bogotá - Martes, 20 MAR 2012
La precisión extrema de este reloj, cien veces superior a la de los actuales relojes atómicos, proviene del núcleo de un solo ion de torio, añade un artículo que publicará la revista Physical Review Letters.
Además de los físicos del Tecnológico de Georgia, en Alabama, participan en el proyecto físicos de la Universidad de Nueva Gales (Australia), del Departamento de Física de la Universidad de Nevada, en un trabajo financiado en parte por la Oficina Naval de Investigaciones y la Fundación Nacional de Ciencias.
El reloj nuclear podría ser útil para algunas comunicaciones confidenciales y para el estudio de teorías fundamentales de la física. Asimismo podría añadir precisión al sistema de posicionamiento global (GPS por su sigla en inglés), que se sustenta ahora en relojes atómicos.
Los relojes mecánicos emplean un péndulo que provee las oscilaciones con las que se mide el tiempo. En los relojes modernos son cristales de cuarzo los que proveen las oscilaciones de alta frecuencia que operan como una horquilla de afinación musical en lugar del antiguo péndulo.
La precisión de los relojes atómicos proviene de las oscilaciones de los electrones en los átomos inducidas por rayo láser. Pero a estos electrones pueden afectarles los campos magnéticos y eléctricos, y por eso los relojes atómicos a veces sufren una desviación de unos cuatro segundos a lo largo de la existencia del universo.
Pero los neutrones son mucho más pesados que los electrones y están agrupados con más densidad en el núcleo atómico de manera que son menos susceptibles a tales trastornos ambientales.
Según el artículo del Instituto Tecnológico de Georgia, para crear las oscilaciones los investigadores planifican el uso de un láser que opera en frecuencias de petaherzios -10 elevado a la 15 potencia, ó 1.000.000.000.000.000 oscilaciones por segundo- para hacer que el núcleo de un ion de torio 229 pase a un estado de energía más elevado.
La "sintonización" de un laser que cree estos estados de energía más altos permitiría que los científicos fijasen su frecuencia con mucha precisión, y esa frecuencia se usaría para marcar el tiempo, en lugar del tic-tac de un reloj o el vaivén de un péndulo.
Los diseñadores encaran otro problema: para que el reloj nuclear sea estable hay que mantenerlo a temperaturas muy bajas de apenas decenas de microkelvin.
Para producir y mantener tales temperaturas habitualmente los físicos usan un refrigerante del laser, pero en este sistema eso se presenta como un problema, porque la luz del laser también se usa para crear las oscilaciones que marcan el paso del tiempo.
Según el artículo, los investigadores incluyen un único ion de torio 232 con el ion de torio 229 que se usará en la marca del tiempo. Al ion más pesado lo afecta una frecuencia de onda diferente de la que afecta al torio 229.
Los investigadores enfriaron el ion más pesado y esto bajó la temperatura del ion "reloj" sin afectar sus oscilaciones. EFE
La medición del tiempo siempre ha sido muy importante para el ser humano.
Durante muchos años los relojes más precisos que existían eran el movimiento de la Tierra alrededor de su eje y alrededor del Sol. A partir de ellos se definía todo lo demás relacionado con el tiempo. Una vuelta de la Tierra alrededor del Sol era un año, una vuelta de la Tierra sobre sí misma era un día, que se dividía en 24 horas, la hora en 60 minutos y el minuto en 60 segundos. En 1900 se definió un segundo 1/86.400 de un día solar medio.
Esto era suficientemente preciso para las actividades cotidianas, pero poco a poco se fue observando que la Tierra no era el mejor reloj. Las mareas hacen disminuir su giro con cierta regularidad pero, además, hay otras influencias que hacen que la duración de ese giro no sea constante. Las diferencias no afectan la vida cotidiana pero sí pueden afectar a la precisión de la navegación o a la posición de los satélites artificiales, por ejemplo.
Con el avance del conocimiento del átomo se descubrió un reloj más preciso, la frecuencia de resonancia de ciertos átomos cuando pasaban de un estado a otro. En 1950, en el Laboratorio Nacional de Física un estadounidense construyó el primer reloj basado en esa propiedad de los átomos, al cual se denominó reloj atómico. En su construcción se utilizaron átomos de cesio. Su precisión era tan alta que en 1967 los organismos de normas internacionales cambiaron la definición de segundo basada en el movimiento de la Tierra por una definición basada en el átomo de cesio: el segundo, unidad de tiempo del Sistema Internacional de Unidades, es la duración de 9.192.631.770 períodos de la radiación asociada a la transición hiperfina del estado base del átomo de cesio 133, con la siguiente observación: el estado base se define con campo magnético cero.
El error de los relojes atómicos basados en el cesio es de una parte en 10 13. Son mucho más precisos que el giro de la Tierra y suplantaron a ésta en la definición del tiempo internacional. En 1972 se adoptó una medida universal que utiliza la definición atómica de segundo. A ese tiempo se le llama en todas las lenguas UTC (Tiempo Universal Coordinado).
Dado que el giro de la Tierra es menos uniforme que el comportamiento de los relojes atómicos, hay una cierta discrepancia entre el tiempo solar medio, base del GMT, y el UTC. Para que haya sincronía entre los dos tiempos, lo que se hace es controlar con extrema precisión el giro de la Tierra. Se admite que UTC y GMT son correctos si no difieren en más de 0,9 segundos. Si difieren en más de esa cantidad, se añade o se quita un segundo a los relojes atómicos.
Información tomada de Wikipedia y otras fuentes.
¿Qué es el Tiempo Universal Coordinado? (I)
O UTC (Universal Time Coordinate), más comúnmente conocido también comoTiempo Civil u Hora Civil, es el tiempo de la zona horaria de referencia respecto a la cual se calculan todas las otras zonas del mundo.
Hace cuarenta (40) años, el 1 de enero de 1972, sustituyó al GMT (Greenwich Mean Time) o Tiempo Meridiano Greenwich, aunque la verdad es que la nueva denominación no ha calado. Mucha gente aún le sigue llamando así, GMT.
¿Y por qué se cambió?
Fueron dos los motivos que provocaron este cambio de GMT a UTC. El primero fue deprecisión. Con el desarrollo de los relojes atómicos, los estándares de mediciones del tiempo dejaron de ser celestes para ser atómicos.
Como sabemos, el movimiento de rotación de la Tierra aunque estable no es constante, se ralentiza, lo que provoca retraso en la medición del paso del tiempo. Algo que no ocurre con el medido por los relojes atómicos.
Un reloj atómico es un tipo de reloj que utiliza una frecuencia de resonancia atómica normal para alimentar su contador. Los primeros relojes atómicos tomaban su referencia de un Máser.
Hoy los mejores patrones de frecuencia atómicos se basan en las propiedades físicas que tienen las fuentes de emisión de cesio (Cs).
El tiempo atómico se establece mediante la comparación de las diferencias observadas entre un conjunto de relojes atómicos, custodiados y mantenidos por un determinado número de oficinas del tiempo de diferentes naciones.
Un trabajo que se realiza bajo la supervisión de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (Bureau International des Poids et Mesures, BIPM).
La segunda razón del cambio fue convencional y vino propiciada, en realidad, por la primera. Pero se juntaron dos detalles a tener en cuenta que ayudaron.
Para empezar, al no estar ya basado en la observación de los cuerpos celestes, los observatorios astronómicos perdieron importancia en la determinación de la hora planetaria exacta.
Recordemos que durante años se usó la hora del Meridiano de Greenwich, porque fue en esta ciudad británica donde se construyó el Observatorio Astronómico que se tomó como referencia.
Y para acabar, dado que se trataba de un patrón de tiempo internacional, se deseaba eliminar cualquier referencia de localización geográfica en dicha denominación. Algo menos espacial. Al fin y al cabo el hombre vive en el tiempo más que en el espacio.
Y se cambió.
La hora local según UTC
Según esta norma, la hora local en cualquier lugar del planeta en invierno, se expresa de la siguiente forma.
- Si está hacia el este: UTC + XX : YY
- Si está hacia el oeste: UTC – XX : YY
La referencia al invierno es debida a la costumbre que existe en algunos países de adelantar la hora local en verano por razones de ahorro energético. España es uno de ellos. (Continuará)
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