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Un híbrido de relojes atómicos y escalas ultraprecisas

18.01.2013

Los físicos han creado un nuevo tipo de reloj atómico basado en el átomo de cesio, que se puede utilizar no solo como cronómetro y patrón de tiempo, sino también como escalas ultraprecisas, que permitirán en un futuro cercano vincular patrones de masa y tiempo. según un artículo publicado en la revista Science.

“La precisión de nuestros relojes supera las siete partes por mil millones. Este error corresponde a un cambio de un segundo en ocho años, que es aproximadamente igual a la precisión de los primeros relojes atómicos basados en cesio creados hace 60 años. (Por otro lado ), estos relojes, en combinación con las mejores esferas de Avogadro, nos ayudarán a redefinir el kilogramo. La frecuencia de tic en nuestro reloj es equivalente a la masa de un solo átomo, y conociéndola, podemos calcular la masa de toda la muestra. dijo el líder del equipo, Holger Mueller, de la Universidad de California en Berkeley (EE. UU.).

Como explican los físicos, los átomos y los electrones no son solo micropartículas, sino también ondas. Debido a esto, tienen las mismas propiedades que las ondas electromagnéticas, incluida la frecuencia y la amplitud. La frecuencia natural de las oscilaciones de los átomos se llama Compton, en honor al físico estadounidense Arthur Compton, uno de los pioneros de la mecánica cuántica.

Según los autores del artículo, las dificultades para medir y observar tales oscilaciones hacían imposible su uso práctico como "metrónomo" o reloj. El grupo de Muller pudo superar estas dificultades utilizando la conocida "paradoja de los gemelos". De acuerdo con esta paradoja, el tiempo fluirá más lentamente para los objetos que viajan a una velocidad suficientemente alta. Gracias a esto, una persona que haya viajado a una estrella lejana y haya regresado será más joven que su hermano gemelo en la Tierra.

Los autores del artículo adaptaron este fenómeno para medir la frecuencia de las vibraciones de los átomos de cesio. En su reloj experimental hay dos átomos "gemelos". Uno de ellos está en reposo y el segundo se mueve a través del tanque a gran velocidad. Debido a esto, el número de vibraciones que realizarán ambos átomos por unidad de tiempo diferirá notablemente. Su comportamiento es monitoreado por un dispositivo especial: un interferómetro atómico, cuyas lecturas se procesan utilizando un algoritmo informático especial. Este programa compara las imágenes que aparecen tras colisiones entre un rayo láser y átomos de cesio en los sensores del interferómetro y calcula la frecuencia Compton de uno de ellos.

Dado que esta frecuencia es constante y depende únicamente de la masa de la partícula, puede utilizarse como base para relojes ultraprecisos. El primer prototipo de relojes atómicos de Muller y sus colegas no es un campeón en precisión: es aproximadamente 100 millones de veces inferior a los mejores análogos basados en otras tecnologías. Por otro lado, estos relojes pueden usarse para propósitos completamente diferentes, el más atractivo y prometedor de los cuales es la creación de un nuevo estándar masivo. Como explica Muller, al medir el valor exacto de la frecuencia Compton, puedes medir la masa de una partícula, lo que te permitirá determinar con precisión el valor del kilogramo y asociarlo con el segundo.

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