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30 agosto 2011
Reloj atómico

Reloj atómico, sin péndulo ni manecillas

"Si uno pudiera llevar este reloj en el bolsillo, nunca tendría la excusa de haber llegado tarde por culpa de un capricho del aparato."

El reloj atómico del Laboratorio Nacional de Física (NPL, por sus siglas en inglés) del Reino Unido es el más preciso del mundo, de acuerdo con una reciente investigación. Estudios sobre su funcionamiento (que se publicarán en la revista Metrología) muestran que es el doble de preciso de lo que se creía.

Puede perder o ganar menos de un segundo en unos 138 millones de años.
El Reino Unido es una de varias naciones que provee el "segundo estándar", pero la competencia
internacional por la precisión podría desplazar a este artefacto del primer puesto.
El CsF2 del NPL es un reloj atómico basado en una fuente de emisión de cesio, en el que el tictac está marcado por la medida de energía necesaria para cambiar una propiedad de los átomos de cesio llamada "espín".
De acuerdo con la definición internacional, lo que se miden son las ondas electromagnéticas necesarias para ejecutar este cambio de espín.

Un segundo pasa luego de que se hayan registrado 9.192.631.770 picos y valles de estas ondas.

Péndulo atómico

Dentro del reloj, los átomos de cesio están reunidos en racimos de 100 millones de átomos y se los hace pasar por una cavidad en la que se los expone a las ondas electromagnéticas.


El color, o la frecuencia, se ajusta hasta que se ve cambiar el espín. Es entonces que los científicos saben que las ondas tienen la frecuencia indicada para definir un segundo.

El CsF2 provee un "péndulo atómico" que pueden usar de referencia relojes de todo el mundo para verificar que están dando la hora con corrección.

Esa verificación está a cargo de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM, por sus siglas en francés), que recoge definiciones de segundos de seis "estándares primarios de frecuencia", el CsF2 en el Reino Unido, dos en Francia y uno en Estados Unidos, otro en Alemania y otro en Japón.
Para esos péndulos atómicos de alta precisión, la precisión absoluta es un objetivo permanente.
Según las mediciones de 2010, el CsF2 estaba a la par del resto en cuanto a precisión de largo plazo: alrededor de una parte en 2.500.000.000.000.000.

Pero las mediciones de Krzystof Szymaniec, del NPL, y sus colegas de la Universidad de Pensilvania en Estados Unidos, han dado cuenta de que su precisión es el doble.

"Perturbaciones"

La estricta definición del segundo exige que las mediciones se hagan en condiciones que Szymaniec dijo que eran imposibles de reproducir en el laboratorio.

"La frecuencia que medimos no es necesariamente la que está prescrita en la definición de segundo, que requiere que se eliminen todos los campos externos y 'perturbaciones'", le explicó a la BBC.
"En muchos casos estas perturbaciones no se pueden modificar; pero podemos medirlas con precisión, estimarlas e introducir correcciones".

El último trabajo del equipo corrigió errores en las mediciones generados por la "cavidad de microondas" que atraviesan los átomos (la frecuencia de las ondas que se utilizan para cambiar el espín no es tan diferente de las que cambian las moléculas de agua en la comida para calentarlas en un horno a microondas).
Una comprensión más vasta de cómo se distribuyen las ondas en su interior fue lo que permitió elevar la precisión, tanto como un tratamiento más detallado de lo sucede con las mediciones cuando colisionan los millones de átomos de cesio.

Sin modificar nada, el equipo calculó la precisión de la máquina a una parte en 4.300.000.000.000.000.
Pero como dijo Szymaniec, el logro no consiste en ganar una contienda internacional, sino en mejores estándares que conduzcan a una mejor tecnología.
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