Qué es un reloj atómico y cómo funciona

Hoy vamos a hablar de la máquina más precisa construida por el hombre. Se trata del reloj atómico. Si alguna vez has escuchado este concepto, seguramente te haya suscitado una gran curiosidad. Suena a detonador, a bomba, a algo muy complicado. De hecho, lo es, pero puede entenderse fácilmente si se atiende a las explicaciones correctas.

Las investigaciones científicas en determinados ámbitos, los relojes oficiales o los GPS necesitan una exactitud mucho mayor de la que requieren otros procedimientos o necesidades de la vida cotidiana. Los relojes atómicos tienen un porcentaje de fallo de 1 segundo cada varios cientos de millones de años, y se trata de una tecnología en constante desarrollo y mejora.

En este post vamos a intentar desengranar los misterios que se esconden tras este reloj atómico. Ver cómo funciona, los tipos de relojes atómicos que hay, así como la hora exacta que marca para el lugar en el que vivimos.

¿Qué es un reloj atómico? y ¿cuál es su funcionamiento?

Desde 1967, la definición oficial de un segundo es de 9.192.631.770 ciclos de la radiación que hace vibrar un átomo del elemento llamado cesio entre dos estados de energía.

Dentro de un reloj atómico de cesio, los átomos de cesio son canalizados por un tubo donde pasan a través de ondas de radio. Si esta frecuencia es la correcta, 9.192.631.770 ciclos por segundo, entonces los átomos de cesio “resuenan” y cambian su estado de energía.

Un detector al final del tubo lleva la cuenta del número de átomos de cesio que llegan a él y que han cambiado su estado de energía. Cuanto más fina sea la sintonía de la frecuencia de las ondas de radio a 9.192.631.770 ciclos por segundo, más átomos de cesio llegan al detector.

El detector devuelve la información al generador de ondas de radio. Sincroniza la frecuencia de las ondas de radio con el número máximo de átomos de cesio que llegan a él. Otros componentes electrónicos del reloj atómico cuentan esta frecuencia. Al igual que con un solo movimiento del péndulo, se marca un segundo cuando se alcanza la frecuencia.

Los relojes atómicos de primera calidad fabricados en los años 50 se basaban en el cesio, y tales relojes perfeccionados con mayor precisión a lo largo de las décadas siguen siendo la base utilizada para mantener la hora oficial en todo el mundo.

Un reloj atómico puede producir una frecuencia tan precisa que su error de tiempo por día es de unos 0,03 nanosegundos, lo que significa que el reloj perdería un segundo en 100 millones de años.

El cronometraje súper preciso es parte integral de muchos elementos de la vida moderna, como las comunicaciones electrónicas de alta velocidad, las redes eléctricas y el Sistema de Posicionamiento Global (GPS).

¿Qué tipos de relojes atómicos hay?

Hoy en día, aunque hay diferentes tipos de relojes atómicos, el principio detrás de todos ellos sigue siendo el mismo. La mayor diferencia está asociada con el elemento utilizado y los medios para detectar cuando el nivel de energía cambia. Los diversos tipos de relojes atómicos incluyen:

• Los relojes atómicos de cesio emplean un haz de átomos de cesio. El reloj separa los átomos de cesio de diferentes niveles de energía por medio de un campo magnético.
• Los relojes atómicos de hidrógeno mantienen los átomos de hidrógeno al nivel de energía requerido en un contenedor con paredes de un material especial para que los átomos no pierdan su estado de energía superior demasiado rápido.
• Los relojes atómicos de rubidio, los más simples y compactos de todos, utilizan una célula de vidrio de gas rubidio que cambia su absorción de luz en la frecuencia óptica del rubidio cuando la frecuencia de microondas circundante es la adecuada.

En definitiva, podemos encontrar en el mercado diferentes tipos de relojes atómicos, de distintas marcas y tipología. Si quieres saber cuáles son estas categorías, sigue leyendo:

Reloj atómico de Cesio

El cesio 133 es el elemento más comúnmente elegido para los relojes atómicos. Para convertir la resonancia atómica del cesio en un reloj atómico, es necesario medir con precisión una de sus frecuencias de transición o resonancia.

Esto se hace normalmente bloqueando un oscilador de cristal a la resonancia de microondas principal del átomo de cesio.

Esta señal se encuentra en el rango de microondas del espectro de radio, y resulta que está en el mismo tipo de frecuencia que las señales de transmisión directa de los satélites. Los ingenieros han aprendido a construir equipos en esta área del espectro con gran detalle.

Los mejores relojes atómicos de pulsera del mercado: dos modelos de Casio

Casio ha sacado al mercado varios relojes atómicos, como el Casio G-Shock GW-9400-1CR, o el Casio Men’s WV58A-1AV. Estos relojes son modelos especiales para profesionales o atletas de montaña, guardas forestales, etc. Ambos modelos son algo caros, pero cuentan con la mejor garantía tanto de fabricación como de funcionamiento, además de un gran puñado de funciones integradas como por supuesto, el reloj atómico.

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Reloj atómico online

En internet se pueden encontrar diferentes servicios de relojes online, uno de los más interesantes es el que ofrece la web Uhrzeit, donde se puede ver la hora mundial en tiempo real en cualquier localización del mundo.

Solamente hay que seleccionar la ciudad del mundo en la que queremos saber la hora y la conoceremos al instante en el margen superior izquierdo.

Reloj atómico Uhrzeit

Uhrzeit es una página web de Hamburgo (Alemania), que se ha hecho muy popular por publicar en tiempo real la hora del reloj atómico en la parte superior de su página web. Además, también permite ver la hora en cualquier país del mundo, estando predeterminada la hora local de Alemania.

Es una buena opción para aquellos que desean poder ver la hora atómica sin tener que gastarse mucho dinero en comprar un reloj de los anteriormente citados. Pero esta web no solo se dedica a ofrecer la hora atómica de forma gratuita, es una empresa que se dedica a la venta de relojes y joyería de gran calidad.

A través de ella es posible adquirir modelos de relojes más elegantes que los que hemos visto de Casio.

Reloj atómico óptico

Mientras que los relojes atómicos se han basado hasta ahora en la medición de la frecuencia de una resonancia atómica, los relojes ópticos utilizan la frecuencia de la luz, porque la luz visible tiene una frecuencia unas 50.000 veces mayor que la radiación de microondas utilizada en el cesio.

El objetivo es lograr una precisión medible aún mayor con un reloj atómico que funcione con una resonancia óptica. Esto ha sido objeto de investigación durante varios años.

Los investigadores se están acercando a este objetivo con experimentos en elementos que tienen transiciones adecuadas en las longitudes de onda ópticas. De esta manera, se alcanzan frecuencias de cientos de TeraHz, que son significativamente más altas que las de los 9 GHz convencionales. Un láser se estabiliza a una transición de banda estrecha y los átomos individuales se almacenan en una trampa atómica. Posteriormente, la estabilidad de la frecuencia de esta luz láser se transfiere con un peine de frecuencias a una señal eléctrica periódica sin pérdida de precisión.

El reloj atómico óptico, que fue presentado por físicos del JILA en Boulder (Colorado) en febrero de 2008, se basa en átomos de estroncio con polarización de espín atrapados en una red de luz láser.

En 2012, China también presentó un reloj óptico basado en iones de calcio desarrollado en la Academia de Ciencias de Wuhan.

¿Cuál es la hora exacta del reloj atómico mundial?

El Tiempo Atómico Internacional (TAI) es uno de los principales componentes del Tiempo Universal Coordinado (UTC), la escala de tiempo utilizada para determinar las horas locales en todo el mundo. Nos dice a qué velocidad deben funcionar nuestros relojes.

Como es la precisión de la hora, para lograr el mayor nivel de precisión posible, por esto una agencia especializada crea un grupo de relojes atómicos y son distribuidos en varias agencias para realizar pruebas. Más de 400 relojes atómicos en 69 laboratorios nacionales de todo el mundo para determinar el TAI.

Hora exacta del reloj atómico en España y México

Para conocer la hora exacta en España y México, así como en el resto de países del mundo, podemos acceder a una gran cantidad de portales web en los que encontraremos relojes, contadores conectados a la información que registran estos más de cuatrocientos relojes anatómicos repartidos por todo el mundo. Pero, a continuación os mostramos como verla directamente desde nuestra web.