Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur desarrollaron un reloj atómico óptico basado en un único ion de lutecio-176 que alcanzó una precisión sin precedentes. El dispositivo puede tardar más de 260.000 millones de años en acumular un segundo de diferencia.
El desarrollo demandó más de una década de trabajo y fue publicado en la revista Nature. El equipo consiguió una incertidumbre cercana a una parte en 10¹⁹, un nivel que cuadruplica la precisión de algunos de los estándares ópticos anteriores.
Los investigadores construyeron dos relojes independientes para comprobar el resultado. Después de compararlos durante unas 200 horas, registraron una diferencia compatible con 5,7 × 10⁻¹⁹, en una de las comparaciones más precisas realizadas entre relojes atómicos.
El dispositivo utiliza una propiedad natural del ion de lutecio: la frecuencia específica de luz capaz de provocar una transición de sus electrones hacia un estado de mayor energía. Un láser se sincroniza con esa frecuencia y sus oscilaciones funcionan como referencia para medir el paso del tiempo.
A diferencia de los relojes mecánicos o de cuarzo, estos dispositivos no dependen de engranajes ni de un cristal de cuarzo. Los relojes ópticos cuentan las oscilaciones de la luz, cuya frecuencia es mucho mayor que la de las microondas utilizadas por los relojes atómicos tradicionales.
Una de las ventajas del lutecio es su menor sensibilidad frente a factores ambientales que pueden alterar la frecuencia de otros elementos utilizados en relojes ópticos. Entre ellos están las variaciones de temperatura y los campos magnéticos.
Además, el sistema puede funcionar a temperatura ambiente y utiliza tecnología láser disponible comercialmente. Estas características llevaron a los investigadores a plantear que, con nuevos desarrollos, podría ser posible reducir su tamaño y convertirlo en un instrumento transportable.
Estos relojes no están destinados al uso cotidiano, sino a laboratorios de metrología, universidades y centros de investigación.
Sus mediciones pueden mejorar la sincronización de sistemas de navegación por satélite, telecomunicaciones y otras tecnologías que dependen de referencias temporales extremadamente precisas.
También pueden utilizarse para estudiar el campo gravitatorio terrestre. Debido a la relatividad, dos relojes ubicados a distintas alturas pueden avanzar a velocidades ligeramente diferentes, por lo que estas variaciones permiten detectar cambios muy pequeños en el potencial gravitatorio.
La tecnología también tiene aplicaciones en física fundamental. Las comparaciones entre relojes pueden utilizarse para buscar señales compatibles con materia oscura, estudiar posibles variaciones de constantes fundamentales y realizar pruebas cada vez más precisas de las teorías físicas.
Desde 1967, el segundo está definido a partir de una transición del átomo de cesio-133. Sin embargo, los relojes ópticos ya alcanzaron niveles de precisión muy superiores a los estándares basados en microondas.
Por ese motivo, la comunidad internacional analiza desde hace años una futura redefinición del segundo mediante una transición óptica. El proceso coordinado por el BIPM contempla una posible decisión alrededor de 2030, aunque todavía no está definido qué elemento será utilizado.
El reloj de lutecio no modifica por ahora la definición oficial del segundo, pero suma un nuevo candidato para esa futura generación de estándares. Su precisión y su resistencia a perturbaciones ambientales podrían convertirlo en una herramienta relevante para la próxima etapa de la medición del tiempo.
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