China fabrica su primer reloj óptico, más preciso que los relojes atómicos

La semana pasada dedicamos unos minutos a hablar del Leap Second, un ajuste horario que tenía como consecuencia que un par de días al año pudiesen tener 24 horas y un segundo. Este ajuste tenía su origen en la discrepancia existente entre las referencias temporales que usamos actualmente (los relojes atómicos) con respecto a la duración de los días en base a la rotación de la Tierra (que sufre cambios y no siempre es algo exacta). Los relojes atómicos, desde los años 60, rigen la hora oficial en muchos países (en España por ejemplo fija la hora oficial el reloj atómico del Real Instituto y Observatorio de la Armada en San Fernando) pero desde hace varios años, los científicos han conseguido avanzar en dispositivos de mucha más precisión, los relojes ópticos. Hasta la fecha pocos eran los países que habían conseguido desarrollar este tipo de relojes (concretamente seis) y, según se ha anunciado hoy mismo, China acaba de finalizar la construcción del suyo (convirtiéndose en el séptimo país en lograrlo).

Desde el año 1967, el Sistema Internacional de Unidades define al segundo como:

Un segundo es la duración de 9.192.631.770 oscilaciones de la radiación emitida en la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de cesio (133Cs), a una temperatura de 0 grados kelvin

Esta definición está basada en los relojes atómicos, unos dispositivos que desde entonces marcan la hora oficial de muchos países y sirven para gobernar sistemas de sincronización para muchos servidores de la red (servidores NTP). Hasta esa fecha, el tiempo se medía mediante un cálculo medio (a ochenta y seis mil cuatrocientosava parte de la duración que tuvo el día solar medio entre los años 1750 y 1890), por tanto, a mediados del siglo XX la medida del tiempo seguía sin ser algo exacto. Realmente, aunque se ha avanzado mucho en este sentido y cada vez podemos medir el tiempo con mayor precisión, hasta los relojes atómicos tienen margen de error, muy pequeño pero no despreciable, y conforme pasa el tiempo, el error acumulativo requiere ajustes para su corrección.

En el año 2001, un equipo estadounidense fue el primero en medir con mayor precisión el tiempo y desarrolló el primer reloj óptico de la historia y para ello utilizó un prototipo de reloj basado en la frecuencia óptica de un ion de mercurio refrigerado. Poco después, el National Physical Laboratory británico (padres del primer reloj atómico) multiplicaron por tres la precisión del reloj óptico estadounidense utilizando iones de estroncio. Ahora, en pleno 2012, China ha anunciado la fabricación de su primer reloj óptico utilizando un único ión de calcio que es capaz de mantener una precisión tal que únicamente introduciría un error de 1 segundo cada 10 millones de años.

El desarrollo ha corrido a cargo de la Academia de Ciencias de Hubei y, para construir el dispositivo, utilizaron campos electromagnéticos para capturar un ión de calcio y observar, durante unos quince días, el movimiento atómico de los iones. ¿Observación? Pues sí, en vez de medir la actividad atómica a nivel de microondas, los relojes ópticos se encargan de medir dicha actividad en el rango del espectro óptico (observando los fotones), reduciendo así el error entre 100 y 1.000 veces.

¿Y para qué puede servir un reloj tan preciso? Teniendo en cuenta que el margen de error es de 1 segundo cada 10 millones de años, esta precisión es de utilidad en múltiples ámbitos que van desde los Estados (para fijar las horas oficiales), la industria de las Telecomunicaciones (sincronía de equipos) hasta pasar, incluso, por la fabricación de instrumentos de gran precisión.

Imagen: PTB