Hijos de Eva

2/3/2005

Reloj atómico

Filed under: — Quintanar @ 10:29 pm

Un reloj atómico es un dispositivo para medir el tiempo basándose en la frecuencia de una vibración atómica.

El primer reloj atómico fue construido en 1948 por la Oficina Nacional de Normalización (NIST) de los EEUU basándose en las ideas del Nobel Isidor Isaac Rabi sobre resonancia magnética molecular y atómica (un fenómeno extremadamente regular) aunque la precisión conseguida por el amoniaco (molécula utilizada por el prototipo del NIST) no era muy superior a los estándares de la época basados en osciladores de cuarzo. Hoy día, los mejores patrones de frecuencia atómicos se basan en las propiedades físicas que tienen las fuentes de emisión de cesio. El primer reloj atómico de cesio fue construido en 1955 en el Laboratorio Nacional de Física (NLP) en Inglaterra; sus creadores fueron Louis Essen y John V.L Parry.

En el año 1967 los relojes atómicos basados en cesio habían conseguido fiabilidad suficiente como para que la Oficina Internacional de Pesas y Medidas eligiera como nuevo patrón base para la definición de la unidad de tiempo físico la frecuencia de vibración atómica de los dispositivos creados y perfeccionados por Essen. Según este patrón, un segundo se corresponde con 9.192.631.770 ciclos de la radiación asociada a la transición hiperfina desde el estado de reposo del isótopo de cesio-133. La precisión alcanzada con este tipo de reloj atómico es tan elevada que admite únicamente un error de un segundo en 30.000 años.

A pesar de ello, los físicos continúan experimentando con nuevas variaciones como los másers de hidrógeno (Townes) o los de bombeo óptico de rubidio (Kasler) o los, recientemente propuestos, de mercurio que supuestamente permitirían alcanzar todavía mayor precisión. También se mejora constantemente la precisión de los de cesio con lásers para enfriar los átomos; la del último reloj de NIST, el NIST-F1, puesto en marcha en 1999, es del orden de un segundo en veinte millones de años.

En agosto de 2004, científicos del NIST hicieron la primera demostración de un reloj atómico del tamaño de un circuito integrado. Esto representa un reloj cien veces menor que cualquier otro construido hasta la fecha y con un consumo de sólo 0,075 vatios.

¿Cómo funcionan?

En un extremo del reloj de cesio hay un horno con una placa de cesio del que evaporan iones de este metal. Los iones se presentan en dos estados dependientes del spin del último electrón del cesio. Estos estados presentan una diferencia energética de 9.192.631.770 Hz 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 radioemisor 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 hiperfina del césio, los iones de cesio absorven la radiación y emiten luz. Una célula fotoeléctrica captura el momento exacto de la emisión; dicha célula tiene asociada una electrónica que le conecta con el radioemisor y que ajusta la frecuencia del mismo.

Finalmente, conectado a dicha electrónica hay un contador lleva el registro de veces que el radiotransmisor ha emitido una onda en la frecuencia del césio y un ordenador 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.

[De Wikipedia, la enciclopedia libre]

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