{"id":14870,"date":"2022-05-12T13:46:41","date_gmt":"2022-05-12T13:46:41","guid":{"rendered":"http:\/\/www.miasa.com.mx\/?page_id=14870"},"modified":"2023-08-31T15:11:22","modified_gmt":"2023-08-31T15:11:22","slug":"reloj-atomico","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.miasa.com.mx\/en\/miasablog\/reloj-atomico\/","title":{"rendered":"MiasaBlog\u00ae – Reloj at\u00f3mico"},"content":{"rendered":"
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Blog Miasa.<\/span><\/h1>\n\n\t\t<\/div>\n\t<\/div>\n<\/div><\/div><\/div>
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\u00bfExiste un reloj absolutamente exacto?.<\/h1>\n\n\t\t<\/div>\n\t<\/div>\n\n\t
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\u00bfTienes un segundo?. La pregunta, a bote pronto, puede parecer muy sencilla. Pero, \u00bfQu\u00e9 es un segundo? \u00bfQu\u00e9 utilizan los cient\u00edficos para medirlo con precisi\u00f3n? En este art\u00edculo explicaremos la respuesta a ambas preguntas y descubriremos la importancia de cierto elemento qu\u00edmico en el arte de medir el tiempo.<\/h2>\n\n\t\t<\/div>\n\t<\/div>\n\n\t
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Es probable que apenas recuerdes c\u00f3mo est\u00e1n colocados los elementos en la tabla peri\u00f3dica. Como las capitales del mundo o la lista de los reyes godos, es una cosa que poco a poco vamos olvidando. Pero si empiezas a recitar: hidr\u00f3geno, litio, sodio, potasio, rubidio\u2026 Seguro que sabes qu\u00e9 viene despu\u00e9s. Efectivamente: el cesio. El cesio es un metal de color gris que a pesar de ser s\u00f3lido a temperatura ambiente, se funde en tus manos. El cesio es el elemento que se usa desde 1967 para medir, con la mayor precisi\u00f3n posible, el tiempo.<\/h5>\n

\u00bfC\u00f3mo funciona un reloj?<\/h2>\n

Cualquier reloj funciona midiendo la cantidad de \u201cgolpes\u201d que da un objeto que vibra, que resuena. En un reloj de pared, cada ir y venir del p\u00e9ndulo hace que se muevan los engranajes. En un reloj digital, la energ\u00eda el\u00e9ctrica hace vibrar un cristal (de cuarzo, normalmente) y un contador electr\u00f3nico mide las oscilaciones. En un reloj de cesio se calienta una placa de este metal. Se consiguen as\u00ed \u00e1tomos de cesio en estado vapor. Estos \u00e1tomos son de dos clases (o energ\u00edas) distintas, dependiendo de una propiedad de su electr\u00f3n m\u00e1s externo: el esp\u00edn. Gracias a un im\u00e1n, podemos separar los \u00e1tomos menos energ\u00e9ticos y llevarlos a una c\u00e1mara. Una vez ah\u00ed, se utilizar\u00e1 radiaci\u00f3n de microondas (ver esquema de la figura) para que se conviertan en \u00e1tomos energ\u00e9ticos. Cuando estos vuelvan al estado natural, emitir\u00e1n luz que podremos captar con un sensor como el de una c\u00e1mara de fotos. Cada \u201cca\u00edda\u201d, cada bajada de energ\u00eda, es como una oscilaci\u00f3n.<\/h5>\n\n\t\t<\/div>\n\t<\/div>\n\n\t
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Un \u00e1tomo de cesio 133 produce 9.192.631.770 oscilaciones en un segundo. Como nunca emite ni una m\u00e1s, ni una menos, podemos definir el segundo gracias a este elemento qu\u00edmico. Los relojes que usan estos sistemas se conocen como relojes at\u00f3micos. Tambi\u00e9n se fabrican con otros elementos, como el hidr\u00f3geno o el rubidio. El reloj m\u00e1s preciso del mundo, el USNO-Master Clock de la Armada Estadounidense, es una combinaci\u00f3n de varias decenas de relojes at\u00f3micos de estos elementos y no se desajustar\u00e1 en 30 millones de a\u00f1os.<\/h5>\n

Relojes todav\u00eda m\u00e1s precisos.<\/h2>\n

En la actualidad se investigan relojes todav\u00eda m\u00e1s precisos que el Master Clock. En el NIST (el instituto oficial de est\u00e1ndares y medidas de EE UU) han desarrollado un reloj m\u00e1s avanzado (llamado \u201cde l\u00f3gica cu\u00e1ntica\u201d) que solo perder\u00e1 un segundo cada 100 millones de a\u00f1os. En el Observatorio de Par\u00eds intentan ir a\u00fan m\u00e1s all\u00e1 y dise\u00f1ar un reloj que no se desajuste en 32.000 millones de a\u00f1os. Eso equivale a m\u00e1s de dos veces la edad del universo as\u00ed que, si lo consiguen, tendremos relojes precisos hasta\u2026 que se acabe el tiempo.<\/h5>\n\n\t\t<\/div>\n\t<\/div>\n\n\t
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\u00bfQu\u00e9 es un Kg.?<\/h2>\n

La respuesta corta es que hace unos 150 a\u00f1os se decidi\u00f3 que la masa de cierta peque\u00f1a pesa iba a ser 1kg. Y a partir de este prototipo hemos calibrado todas las basculas y aparatos del mundo, llevamos mucho tiempo funcionando de esta forma y como podr\u00e1n ver tener una pesa protegida por varias campanas en el s\u00f3tano, en una caja blindada, a 8 metros de profundidad no es lo m\u00e1s tranquilizador del mundo, por eso recientemente el Kg. ha dejado de estar ligado a un prototipo y ahora se ha redefinido a VALORES NUM\u00c9RICOS CONSTANTES FUNDAMENTALES DE LA NATURALEZA. Y que significa esto? Imaginemos que hubi\u00e9ramos vivido en un lugar en donde hubiera existido el prototipo de un segundo, UN P\u00c9NDULO que al completar su recorrido marcara 1 segundo, que esta fuera su definici\u00f3n, ser\u00eda la referencia internacional y montones de relojeros ir\u00edan a calibrar sus aparatos en las varias c\u00e1maras de seguridad que protegen al p\u00e9ndulo como le pasaba al prototipo del kilo.<\/h5>\n
En paralelo a todo esto, unos cient\u00edficos han descubierto que los \u00c1TOMOS DE CESIO tienen algo muy interesante explicados correctamente, emiten un tipo de microonda muy espec\u00edfica y que, con las t\u00e9cnicas correctas son capaces de medir con alt\u00edsima precisi\u00f3n, pueden averiguar cuanto tarda esta onda en completar una oscilaci\u00f3n con 100 mil veces m\u00e1s precisi\u00f3n que un reloj de mu\u00f1eca, los cient\u00edficos llevaron el CESIO a la c\u00e1mara del p\u00e9ndulo y compar\u00e1ndolo averiguaron la fracci\u00f3n \u00ednfima de 1 segundo en la que vibraban est\u00e1s microondas, o explic\u00e1ndolo de forma m\u00e1s t\u00e9cnica, el n\u00famero de estas oscilaciones lum\u00ednicas que cabr\u00edan en 1 segundo.<\/h5>\n\n\t\t<\/div>\n\t<\/div>\n\n\t
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Fue entonces en donde a alguien se le ocurri\u00f3; \u00bfPara qu\u00e9 seguimos utilizando el p\u00e9ndulo si podemos utilizar las microondas del CESIO? Es decir, ya sabemos que 1 segundo son 9 192 631 770 oscilaciones del CESIO. As\u00ed que puedo tirar el p\u00e9ndulo por la ventana y guardar este n\u00famero. \u00bfUn relojero japones necesita calibrar sus aparatos? Ya no necesita venir a ninguna c\u00e1mara, simplemente, le pasamos el n\u00famero, la constante, hace el experimento del CESIO y as\u00ed puede saber con independencia cuanto es un segundo, y como las propiedades elementales del CESIO no cambian con donde est\u00e9s en el mundo, o en que a\u00f1o vivas, podemos asegurar que un segundo, siempre seguir\u00e1 siendo un segundo y no dependemos de piezas f\u00edsicas que se puedan estropear o da\u00f1ar. La definici\u00f3n de la unidad segundo est\u00e1 ahora ligada a una constante fundamental de la naturaleza. Y este mismo juego se ha hecho con el resto de unidades, por ejemplo, \u00bfQu\u00e9 es un metro? Se puede averiguar viendo como estas microondas del CESIO se propagan.<\/h5>\n\n\t\t<\/div>\n\t<\/div>\n\n\t
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Como sabemos cuanto se tardan en oscilar y sabemos a la velocidad que se mueve la luz, podemos fijar, guardar este valor y sabiendo cuan r\u00e1pido te mueves y cuanto tardas, puedes saber cuanto te has movido, es decir, averiguar cuanto es un metro. \u00bfQu\u00e9 es un metro? Est\u00e1 ligado en este caso a dos constantes fundamentales, el kilogramo o m\u00e1s formalmente el kilo, que es m\u00e1s complicado. El experimento que nos da el valor es una balanza que transforma un peso en valores el\u00e9ctricos a trav\u00e9s de fen\u00f3menos cu\u00e1nticos de muy alta precisi\u00f3n, el peso es una fuerza, y las fuerzas provocan aceleraciones, por lo que cuanto, es este kilo, depender\u00e1 de lo que define al metro y al segundo, pero al estar usando fen\u00f3menos cu\u00e1nticos introducimos la constante fundamental del mundo en miniatura, la constante de PLANCK conociendo los num\u00e9ricos de esta constante podemos definir que es 1 kilo.
\nT\u00e9cnicas de este estilo se utilizan para redefinir el resto de unidades. Brevemente, el kelvin, en vez de estarlo deriv\u00e1ndolo del punto triple del agua, se calcular\u00e1 midiendo la energ\u00eda cin\u00e9tica promedio de un sistema de muchas part\u00edculas, lo que lo conecta con la constante del mundo estad\u00edstico, la constante de boltzmann a su vez como se mide una energ\u00eda las constantes implicadas de masa, espacio y tiempo tambi\u00e9n intervienen. El amperio se med\u00eda tambi\u00e9n a trav\u00e9s de la fuerza electromagn\u00e9tica que sent\u00edan dos cables, ahora a grandes rasgos se define como un cierto n\u00famero de veces la carga del electr\u00f3n por segundo, lo que lo liga a la frecuencia del cesio y a la carga
\nelemental.<\/h5>\n\n\t\t<\/div>\n\t<\/div>\n\n\t
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* Fernando Gomoll\u00f3n Bel es investigador en el Instituto de S\u00edntesis Qu\u00edmica y Cat\u00e1lisis Homog\u00e9nea (UZ-CSIC) y colabora habitualmente en el blog Mol\u00e9culas a reacci\u00f3n. Agradece a Laura Morr\u00f3n, de \u2019Los Mundos de Brana\u2019, las revisiones y comentarios al art\u00edculo y a Eduardo Actis por convencerle para participar en este proyecto.<\/h6>\n

Este art\u00edculo participa en el LI Carnaval de F\u00edsica (organizado por ZTF News) y en el XXXIV Carnaval de Qu\u00edmica \u2013 Edici\u00f3n Selenio (organizado por Moles de Qu\u00edmica).<\/p>\n\n\t\t<\/div>\n\t<\/div>\n<\/div><\/div><\/div>

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