¿Qué es y cómo funciona un Reloj Atómico ?

El Reloj Atómico es considerado uno de los más precisos de todo el mundo, se basa en oscilaciones energéticas de los átomos de cesio; tan precisos que hoy en día su fiel exactitud ayuda al establecimiento de relojes oficiales y ubicaciones mediante el GPS. Incluso son empleados por la NASA, para respaldar la información de muchos de los relojes presentes tanto en la tierra como en los satélites que la orbitan. A continuación todo acerca de este curioso artefacto.

reloj atomico

Introducción

Los seres humanos a través de la historia, han aprendido a buscar los mejores medios para determinar el tiempo, especialmente buscando cada día que estos instrumentos sean más precisos y lo más confiables posible.

Es de esta manera como surge la era de los relojes atómicos, que están basados en la tecnología de microondas, que en la actualidad se han mejorado considerablemente con los avances científicos y tecnológicos que la humanidad ha experimentado.

Muchos de los principios en los cuales está basado el reloj atómico, se encuentran relacionados con tecnologías asociadas a los GPS o el funcionamiento del propio internet, puesto que dentro de cierta medida, dependen de este tipo de relojes.

Desde el 2012, el mundo entero se mueve gracias a la precisión de la medición del tiempo que es realizada por una red de 500 relojes atómicos que se encuentran situados en todo el mundo; de aquí la importancia de este tema que es el objetivo principal de nuestro artículo.

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¿Qué es un Reloj Atómico?

El reloj Atómico es otro de los instrumentos empleados para medir el tiempo, cuyo funcionamiento se realiza siendo alimentado por una frecuencia de resonancia de los átomos de cesio, que es una masa atómica identificada con Cs, y que se trata de un metal alcalino de color blanco-plateado y de textura blanda.

Con este reloj Atómico, se puede medir cuál es la longitud de un segundo, en función de la frecuencia de radiación electromagnética del átomo de cesio 133”. Que es la base de su transición, siendo creación de Louis Essen en el año de 1995, dentro del Reino Unido.

¿Cómo funciona?

Su funcionamiento está basado precisamente en un átomo, del cual se explotan sus propiedades, por ser elementos inestables y que pueden ser excitados mediante sus electrones, ocasionando con ello que luego de cierto tiempo pase de un nivel a otro considerado estable.

Pero durante el proceso se libera un cierto tipo de energía que se manifiesta en forma de radiación, que se consideran rangos de microondas dentro de los átomos. Lo que le convierte en un oscilador electrónico, que genera impulso, con una frecuencia ajustable.

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Se conoce que un segundo es el tiempo en que se da de manera exacta la oscilación de un átomo de cesio 133, definido en reposo y con una temperatura bajo control de 0 grados Kelvin.

Por consiguiente, su funcionamiento se encuentra basado en la energía física de tipo atómica, aprovechando la señal de microondas que son provistas por los electrones, al cambiar entre varios niveles de energía.

Es un instrumento de medición del tiempo que se emplea en redes de telefonía, ubicaciones para los GPS, calibración de equipos y muchas áreas en las cuales se necesita contar con un mecanismo que sea preciso y confiable.

Reloj Atómico óptico

En el caso de los relojes ópticos, se hace uso de la luz a diferencia de las microondas. Pero en principio su funcionamiento es proporcionar estabilidad en cuanto la transición electrónica.

La frecuencia de la luz se ha establecido aproximadamente en 1015 Hz, lo cual es mayor en relación con las microondas; siendo por tal motivo considerados como más estables y exactos, que los que hemos mencionado como relojes atómicos.

Relojes Atómicos Ópticos vs Relojes de Microondas

El reloj atómico basado en microondas, luego de los años 90, experimentó muchos avances con los cuales se ha aumenta la capacidad para medir mejor el tiempo. Pero se considera que la colisión entre los átomos que están en la nube de cesio que son su fuente, puede ser cambiante y con ello se altera la transición atómica.

Por lo que se ha establecido que lo relojes atómicos ópticos son más estables para las mediciones del tiempo, especialmente desde unos pocos segundos, sin tener que esperar un día completo para promediar la señal como pasa en el caso de los basados en microondas.

Se han realizado estudios en este sentido, donde se ha determinado que los relojes ópticos permiten controlar con mayor precisión el tiempo en comparación con los relojes atómicos tradicionales.

No obstante, se debe aclarar que a pesar de la precisión de estos instrumentos ópticos, suelen ser complejos y tener tiempos inoperativos, por lo cual se considera que no es práctico emplearlos cuando lo que se necesita controlar es el tiempo de manera global.

Tiempo en el Reloj Atómico

El reloj atómico mide el tiempo en función de eventos que se dan de manera recurrente, como es el caso de la oscilación del átomo de cesio, que se mide con la frecuencia de microondas dentro del espectro electromagnético. Por lo cual un segundo se da en 9 192 631 770 ciclos, de oscilaciones.

Por tanto, sus vibraciones se consideran atómicas, tanto universales como naturales, pero a la larga pueden acumular errores que se contabilizan como de un nanosegundo cada mes.

Por otro lado, los ópticos funcionan de manera similar que los de microondas, aunque sus átomos oscilan en una frecuencia que es 100.000 veces superior a los de microondas, siendo por tanto más rápidos y precisos, manteniendo a la vez su estabilidad por mayor tiempo.

Galería de imágenes

A continuación les ofrecemos una serie de imágenes en las cuales se pueden conocer algunos de los más interesantes relojes atómicos que han sido inventados hasta nuestros días.

Este es el reloj atómico de la NASA, solo se atrasa un segundo cada diez millones de años y fue lanzado al espacio el pasado 25 de junio del 2019 desde España. Será de gran utilidad para la navegación espacial y el funcionamiento independiente de las naves.
Este maravilloso reloj atómico se encuentra en Berlín, Alemania y es un símbolo turístico reconocido a nivel mundial. Fue construido en el año 1969 con 10 metros de altura y unas 16 toneladas. Está dotado de un mecanismo que permite conocer la hora actual de 24 zonas horarias alrededor del mundo.
Actualmente se está comenzando a implementar la tecnología del reloj atómico para versiones de pulso. Este ejemplar en particular fue creado por el Instituto JILA en asociación con la Universidad de Colorado y aseguran que no sufrirá ningún adelanto o atraso en su medida del tiempo durante al menos 15 mil millones de años.

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Otras mediciones que se pueden hacer:

  • Tiempo.
  • Reloj Solar (por publicar)
  • Reloj de Arena (por publicar)