Próximamente: Relojes atómicos de pulsera

Actualmente, el tamaño de un reloj atómico típico es comparable al de un refrigerador mediano. Resulta apropiado para su uso como patrón de tiempo o a bordo de un satélite de la constelación GPS, pero son imposibles de llevar en la muñeca. Sin embargo, un nuevo sistema basado en rayos láser podría hacerlos tan pequeños como un reloj de pulsera. Eso sí, el precio quizás sea algo más elevado.

Los relojes atómicos podrían experimentar un drástico descenso en su tamaño gracias a una nueva forma de medir el tiempo. La técnica en cuestión también podría terminar con el reinado del cesio como elemento químico indispensable para la construcción del corazón de estos relojes, reemplazándolo por el aluminio. El reloj atómico mas exacto del mundo se encuentra en el National Institute of Standards and Technology (NIST) Boulder, Colorado, y basa su funcionamiento en ese elemento quimico.

Si bien para comprender con exactitud el funcionamiento interno de estos relojes hace falta tener un diploma de Física colgado en la pared de la sala, podemos conformarnos con una versión reducida de la explicación que sea “apta para todo publico”. La explicación de la insuperable exactitud de los relojes atómicos radica en la resonancia de los átomos y las moléculas. Ese fenómeno implica que cada elemento y compuesto químico absorbe y emite la radiación electromagnética en su propia frecuencia característica. Dentro de un reloj atómico hay una fuente que envía átomos de cesio a través de una cámara de vacío que se encuentra dentro de un campo magnético. Los átomos de cesio tienen múltiples niveles de energía, tan próximos entre sí que casi son indistinguibles, y el campo magnético se emplea para separar estos niveles en dos. La cámara también está llena de microondas, que excitan los átomos. Estos emiten fotones cuando pasan de un estado a otro de energía, y la frecuencia de microondas que maximiza esta emisión se utiliza para definir la duración de un segundo. Un circuito electrónico se encarga de contar un cierto número de veces los ciclos de las microondas utilizadas, y ya tenemos un reloj atómico funcionando. Los relojes actuales cuentan 9.192.631.770 (nueve mil ciento noventa y dos millones seiscientos treinta y un mil setecientos setenta) ciclos de la radiación de microondas para saber que ha transcurrido exactamente un segundo.

Obviamente, todo ese mecanismo ocupa mucho lugar. Casi un metro cúbico de espacio. Además, hay que mantener el campo magnético que rodea al aparato y la temperatura ambiente muy (¡pero muy!) controlada para que no se produzcan errores en la medición. Andrei Derevianko y Kyle Beloy, dos científicos de Universidad de Nevada, en Reno, junto a algunos colegas, han sugerido la idea de que quizás sea posible mantener los átomos en su lugar utilizando un rayo láser. Esto permitiría medir sus estados de energía de una forma más sencilla, reduciendo significativamente el tamaño del cacharro. Por supuesto, hay mucho trabajo por hacer, ya que al trabajar con átomos individuales el rayo láser puede “falsear” los niveles de energía en una forma más o menos compleja, lo que hace casi imposible medir la cantidad de saltos que equivalen a un segundo.

Pero el equipo de Derevianko cree que puede superar este problema mediante la utilización de un láser con una frecuencia especial y átomos de aluminio en lugar de cesio. Usando este método, habría que contar unos 1.506 millones de ciclos para saber que ha transcurrido un segundo. Al prescindir de la mayor parte del sistema de frío y vacío que necesitan los actuales, los nuevos relojes construidos con el sistema propuesto por Derevianko y Beloy serían mucho más pequeños. Tanto, que casi puede soñarse con tener uno de pulsera.