Un nuevo reloj óptico triplica la precisión del tiempo

Conseguir una medida exacta del tiempo es uno de los objetivos científicos más relevantes. Los avances conseguidos en los últimos 50 años son sorprendentes y continúan realizándose a favor de instrumentos de medición más adecuados a los conocimientos actuales de los tiempos que se utilizan a escalas cada vez más pequeñas.

Hasta 1955, cuando se puso en marcha el primer reloj atómico de cesio, la medida del tiempo se basaba en el movimiento de la Tierra. El principio de este reloj atómico se basa en la absorción de microondas realizada por los átomos de cesio y ha permitido establecer una nueva valoración de la unidad de tiempo fundamental para la escala humana, el segundo.

Un segundo, según la nueva definición establecida gracias al reloj atómico, es la duración de 9.192.631.770 períodos de radiación correspondiente a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133.

En 2001 se produjo otro avance en la medida del tiempo. Un equipo norteamericano consiguió un prototipo de reloj basado en la frecuencia óptica de un ion de mercurio refrigerado.

1.14 tics por segundo

Este nuevo reloj, que opera a unas frecuencias muy superiores a las del reloj atómico, establece más de 1.15 tics por segundo, lo que afina aún más la descripción del tiempo porque los períodos de tiempo considerados para la cuenta de un segundo son más cortos que los conseguidos por el reloj atómico. Un nuevo paso se ha dado ahora en la conquista de las fracciones del tiempo por un equipo National Physical Laboratory (NPL) británico, la misma institución que estableciera en 1955 el reloj atómico.

Han perfeccionado la técnica americana utilizando iones de estroncio, escogido en razón de la disponibilidad de laceres necesarios para su enfriamiento y para la excitación de la transición de medida del tiempo.

Sus resultados han sido publicados en la revista Science y se han conseguido mediante la estabilización de la frecuencia óptica de los iones de estroncio y su posterior medición.

Tal como explica al respecto el NPL en un artículo, el ion de estroncio de estroncio se aísla en primer lugar y se enfría a una temperatura próxima al cero absoluto gracias a un rayo láser. El impacto, la absorción y la reemisión de cada uno de los fotones de este rayo provoca que el ion pierda gradualmente algo de su energía.

Un segundo láser se dirige a continuación hacia el ion enfriado y su frecuencia óptica se traslada a la de la transición temporal del ion de estroncio, alcanzando así una estabilidad que permite una medida exacta.

Tres veces más preciso

Según el equipo británico, este reloj óptico es tres veces más preciso que el conseguido por los científicos norteamericanos. Su incertidumbre relativa es inferior a la del modelo de reloj precedente y es principalmente de naturaleza técnica, algo que puede ser mejorado en el futuro.

Mientras no se consigan estas mejoras técnicas, los relojes de cesio continuarán midiendo el tiempo, pero es evidente que la experiencia con el ion del estroncio es un primer paso para una nueva definición del segundo que mejorará en el futuro los servicios de navegación por satélite y permitirá sincronizar mejor los instrumentos de navegación de las naves espaciales.

La mejora de los sistemas afecta sobre todo a su precisión, ya que mientras más se mejoran los instrumentos de medición del tiempo, más exactos son los datos referidos por los satélites y la localización de las naves espaciales.

El hecho de que la investigación británica haya sido financiada por el ministerio de Comercio y la industria, desvela el interés económico de aumentar la precisión de la medida del tiempo, que condiciona la excelencia de muchos productos asociados a las tecnologías de vanguardia.