¿Qué es un reloj atómico y cómo funciona?

Si ha leído Cómo funcionan los receptores GPS, sabe que los relojes atómicos son extremadamente importantes para el sistema. También escuchas con frecuencia sobre los relojes atómicos en los anuncios de los nuevos relojes que se sincronizan automáticamente con el reloj atómico en Boulder, Colorado. Los relojes atómicos también son importantes para una variedad de esfuerzos científicos.

Así que vamos a empezar con la noción general de un reloj. El trabajo de un reloj es hacer un seguimiento del paso del tiempo. Todos los relojes hacen esto contando los "tics" de un "resonador".

En un reloj de péndulo, el resonador es un péndulo y los engranajes en el reloj mantienen un registro del tiempo contando las resonancias (las oscilaciones de un lado a otro) del péndulo. El péndulo generalmente resuena a una frecuencia de un swing por segundo. Un reloj digital utiliza las oscilaciones en la línea de alimentación (60 ciclos por segundo en los Estados Unidos, 50 ciclos por segundo en Europa) o las oscilaciones de un cristal de cuarzo como resonador, y cuenta con contadores digitales. La precisión del reloj está determinada por la precisión del resonador a la frecuencia especificada.

Un reloj atómico es un reloj que usa las frecuencias de resonancia de los átomos como su resonador. Según la Enciclopedia Británica, el resonador está "regulado por la frecuencia de la radiación electromagnética de microondas emitida o absorbida por la transición cuántica (cambio de energía) de un átomo o molécula". (Consulte el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología para obtener un diagrama y una descripción del proceso).

La ventaja de este enfoque es que los átomos resuenan en frecuencias extremadamenteconsistentes. Si toma cualquier átomo de cesio y le pide que resuene, resonará exactamente a la misma frecuencia que cualquier otro átomo de cesio. El cesio-133 oscila a 9,192,631,770 ciclos por segundo. Este tipo de precisión es completamente diferente de la precisión de un reloj de cuarzo. En un reloj de cuarzo, el cristal de cuarzo se fabrica de modo que su frecuencia de oscilación esté cerca de alguna frecuencia estándar; pero las tolerancias de fabricación hacen que cada cristal sea ligeramente diferente, y cosas como la temperatura cambiarán la frecuencia. Un átomo de cesio siempre resuena en la misma frecuencia conocida, eso es lo que hace que los relojes atómicos sean tan precisos.

 

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