De una manera similar al funcionamiento de un reloj de cuarzo, que se basa en la vibración de una lámina de cuarzo que vibra al recibir un impulso eléctrico de la batería del reloj, un reloj atómico basa su funcionamiento en la frecuencia de resonancia atómica. En la actualidad, en los relojes atómicos se utilizan átomos de cesio 133 (un isótopo de este elemento).

Historia del reloj atómico

El primer reloj atómico lo creó Willard Frank Libby en 1949, basándose en la resonancia magnética molecular y atómica del amoníaco, aunque la precisión que lograba no era muy superior a la de los osciladores de cuarzo de aquellos años. El primer reloj atómico de átomos de cesio lo construyeron Louis Essen y John V.L Parry en Inglaterra en 1955, y ya en 1967, la fiabilidad y precisión que se lograba con estos relojes hizo que la Oficina Internacional de Pesas y Medidas eligiera cono nuevo patrón para la medida del tiempo físico este tipo de relojes, definiendo el segundo como la equivalencia de 9.192.631.770 ciclos de radiación del isótopo de cesio 133.

Qué precisión tiene un reloj atómico

La precisión mínima que se alcanza con un reloj atómico logra una desviación de un 1 segundo en 30 millones de años, lográndose actualmente una desviación de 1 segundo en 52 millones de años. En la actualidad se trabaja en el Observatorio de París en mejorar la precisión de una manera más que notable, hasta lograr una desviación de 1 segundo en 32.000 millones de años, lo que supondría una desviación de 1 segundo en un número de años que superaría con creces el doble de la edad que tiene el universo, para hacerse una idea de la precisión lograda.

Los relojes atómicos mantienen una escala de tiempo, el denominado Tiempo Atómico Internacional (TAI), que es un estándar atómico utilizado para medir tiempos astronómicos y tiempos propios de cuerpos celestes. Desde que existen estos relojes, la medida de la unidad de tiempo, el segundo, se desliga de fenómenos astronómicos, por lo que en la actualidad, la navegación y la aviación se basan en estos tiempos. Cada satélite GPS que orbita la tierra lleva 4 relojes atómicos, de manera que el el Sistema de Posición Geográfica o GPS alcanza su precisión gracias a estos relojes, y logra su fiabilidad para ubicar posiciones basándose en la multilateración.

El Tiempo Universal Coordinado (UTC), que tratamos aquí, y que proporciona las señales horarias, está actualmente unos segundos por detrás del TAI, determinando el Servicio Internacional de Rotación de la Tierra y Sistemas de Referencia 2 fechas al año (30 de junio y 31 de diciembre) en las que quitar o añadir un segundo en caso de ser necesario.

Cómo funciona un reloj atómico

Explicaremos de la manera más sencilla posible el funcionamiento de un reloj atómico. Un isótopo de cesio 133 emite 9.192.631.770 ciclos de radiación, nunca 1 más ni 1 menos, gracias a esto se logra la nueva definición del segundo.

En una parte del reloj se ubica un horno con una placa de cesio que evaporará iones de este elemento, en 2 estados independientes de giro y con propiedades magnéticas distintas. Tras la evaporación, mediante un complejo imán y dos láser se separan y descartan los iones de mayor energía, pasando el resto a una cámara.

Un radioemisor de microondas llena de manera uniforme la cavidad de esta cámara con ondas radioeléctricas de la frecuencia de un oscilador electrónico (el reloj en sí). Cuando la frecuencia de esta onda introducida en la cámara se adapta a la frecuencia de la transición hiperfina del cesio, los iones de cesio absorben esta radiación y emiten luz. A continuación de esto una célula fotoeléctrica sensible a la luz emitida, se conecta mediante instrumentación al oscilador electrónico.

Para qué se utilizan los relojes atómicos

Además de para medir el tiempo y para aplicaciones astronómicas, el reloj atómico tiene otras muchas aplicaciones, utilizándose normalmente para los citados sistemas de localización GPS, en calibración de instrumentos, en interferometría de muy larga base (utiliza la gran precisión de los relojes atómicos para el almacenamiento de los datos de cada antena de los radiotelescopios), para emitir frecuencias estándar y en redes de telefonía (en su sincronización).

Cuál es la hora del reloj atómico

En este enlace puedes ver la hora del reloj atómico sincronizada (hora española).