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Cómo EE. UU. Construyó el reloj atómico más ridículamente preciso del mundo

julio 2, 2021


Tira eso Reloj atómico viejo y cojo que solo tiene una precisión de unas pocas decenas de billonésimas de segundo. Estados Unidos ha introducido un nuevo reloj atómico que es tres veces más preciso que los dispositivos anteriores.

Los relojes atómicos son responsables de sincronizar la hora de gran parte de nuestra tecnología, incluidas las redes eléctricas, el GPS y el reloj de su iPhone. El 3 de abril, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Boulder, Colorado, lanzó oficialmente su estándar más nuevo para medir el tiempo utilizando el Reloj atómico NIST-F2, que ha estado en desarrollo durante más de una década.

«NIST-F2 tiene una precisión de un segundo en 300 millones de años», dijo Thomas O’Brian, quien dirige la división de tiempo y frecuencia del NIST, durante una conferencia de prensa el 3 de abril. El reloj fue certificado recientemente por la Oficina Internacional de Pesas y Medidas como el estándar de tiempo más preciso del mundo.

El avance es más que una pluma en la gorra para metrología nerds. El cronometraje preciso sustenta gran parte de nuestro mundo moderno. El GPS, por ejemplo, necesita una precisión de aproximadamente una milmillonésima de segundo para evitar que se pierda. Estos satélites se basan en alta precisión proveniente de relojes atómicos en el Observatorio Naval de EE. UU. (que mantiene los estándares de tiempo militares de EE. UU.). El GPS, a su vez, se utiliza para sincronizar redes digitales como los teléfonos móviles y los servidores NTP que proporcionan la columna vertebral de Internet.

Su teléfono inteligente no muestra la hora hasta el decimosexto lugar decimal, pero aún se basa en los estándares de frecuencia que provienen de los relojes del NIST, que toman sus medidas mientras viven en un entorno de laboratorio estrictamente controlado. Los relojes del mundo real deben funcionar en condiciones de tensión, como cambios de temperatura, vibraciones importantes o campos magnéticos cambiantes que degradan y obstaculizan su precisión. Por tanto, es importante que el estándar de referencia definitivo tenga un rendimiento mucho mejor que las tecnologías del mundo real.

Tanto NIST-F2 como el estándar al que reemplaza, NIST-F1, se conocen como relojes fuente atómicos basados ​​en cesio. Esto significa que determinan la duración de un segundo midiendo una vibración natural dentro de un átomo de cesio. Dentro del reloj, los láseres juntan una bola de 10 millones de átomos de cesio y los enfrían hasta casi el cero absoluto (lo que ayuda a reducir el ruido). La pelota se lanza hacia arriba en una cámara de 3 pies, pasando a través de un haz de microondas. El haz de microondas impulsa algunos de los átomos de cesio a un estado de mayor energía, lo que hace que emitan luz.

La bola de cesio se lanza hacia arriba y hacia abajo varias veces, cambiando ligeramente la longitud de onda del haz de microondas cada vez. Los ingenieros están haciendo esto para buscar una frecuencia en particular. Saben que han encontrado el correcto cuando las microondas levantan la mayor parte de los átomos, produciendo la máxima cantidad de luz. Entonces se sabe que es 9.192.631.770 Hz, una frecuencia de resonancia natural del cesio, que define la longitud del segundo en nuestro mundo moderno.

La generación anterior de reloj atómico ya era bastante buena para calcular la duración de un segundo, pero tenía algunas pequeñas fuentes de error. El NIST-F1 funciona a temperatura ambiente, por lo que las paredes de la cámara en la que se lanza la bola de átomo de cesio se calientan y emiten una pequeña cantidad de radiación. Esto interfiere con los átomos, provocando que cambien ligeramente en sus niveles de energía. Al enfriar NIST-F2 con nitrógeno líquido, el nuevo reloj alcanza temperaturas de -316 grados Fahrenheit, eliminando virtualmente este exceso de radiación y reduciendo el desplazamiento 100 veces.



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