El segundo

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Nunca hasta ahora ha sido tan imprescindible para la humanidad medir el tiempo con exactitud. Nuestra sociedad está plagada de aparatos y dispositivos que necesitan poder medir el tiempo con precisión exasperante. Desde un “simple” GPS hasta los ingenios espaciales más sofisticados. Toda esa tecnología no sirve si no somos precisos en la medición del tiempo. Y que esto estaba empezando a ser así ya se notó a mediados del siglo pasado, cuando en 1956 fue necesario modificar la definición que tenemos para el segundo.

Hasta 1956, la definición de unidad de tiempo era la siguiente: una de las 86.400 partes en las que se puede dividir la duración del día solar medio. Y en 1956 se modificó por otra un poco más precisa pero que duró tan sólo 11 años: se tomó como referencia para la unidad de tiempo una fracción del año solar medio normalizado a 0h0m0s el 31 de diciembre de 1899. Una definición un tanto rara, la verdad y que, decía, quedó obsoleta en apenas 11 años.

1967 es pues el año en el que podríamos decir que la física entra de lleno en la definición de la unidad de tiempo, puesto que ese año se decide utilizar las frecuencias electromagnéticas para marcar el paso del tiempo. Los físicos sabían que los electrones que orbitan átomos eran capaces de emitir luz de una manera muy precisa y extremadamente rápida. De este modo, en 1967 se definió la unidad de tiempo o segundo como la duración de 9.192.631.760 periodos de la radiación emitida por el átomo de cesio 133 en un estado determinado de excitación. No negaré que también es una definición rara, pero tampoco negaré que es mucho más precisa. De hecho, para poder hacer esta medición se hace necesaria la aparición de los relojes atómicos, que son unos aparatos del tamaño aproximado de un frigorífico y que son capaces de medir, en un segundo de duración, esos 9 mil millones de oscilaciones de la radiación que emite el cesio 133.

En realidad, los relojes atómicos tienen su origen unos años antes. Para empezar, la idea surge de la mente de lord Kelvin allá por 1879, cuando Kelvin sugirió la idea de utilizar las vibraciones atómicas para medir el tiempo. El primer dispositivo se construyó en 1949, en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EEUU, aunque tenía menos precisión que un reloj de cuarzo. Ya en 1955 se construyó el primer reloj atómico basado en la transición del átomo de cesio 133, o 133Cs.

Si podemos medir algo que oscile un mayor número de veces que el átomo de cesio 133 en un segundo, nuestra precisión aumentará aún más. La del propio cesio 133 no está nada mal, puesto que tendría un error de un segundo en 33.000 años. Pero hoy en día las investigaciones nos están llevando a relojes capaces de variar un segundo en 32 mil millones de años. Obsérvese la precisión, si no se ha hecho ya, teniendo en cuenta que la edad del Universo es de 13.700 millones de años.

Desde hace varios años se analiza la posibilidad de construir relojes atómicos de pulsera. Desde el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos ha llegado alguna propuesta sumamente interesante al respecto. Utilizando tecnología aplicada a chips de ordenador han creado una diminuta cavidad en el interior de una pieza de silicio y vidrio en la que han conseguido introducir unos 1.000.000.000 de cesio gaseoso. Esta cavidad tiene el tamaño de un granito de arroz, por lo que permitiría su uso en relojes de pulsera. Las vibraciones del cesio, 9.200.000.000 veces por segundo darían a este reloj una precisión de un segundo cada 30 millones de años.

Una mejora interesante de tal mecanismo consiste en la eliminación de uno de los cuatro satélites necesarios para la medida de GPS. Actualmente se utilizan 3 satélites para la triangulación y un cuarto satélite que la hora exacta, de manera que la precisión en la medida del tiempo que tarda la señal en llegar a los 3 satélites sea máxima. Con este tipo de relojes, ese cuarto satélite sería innecesario, reduciendo los costes.

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