Cómo un reloj atómico mide el tiempo
El diseño de los relojes atómicos contiene un cristal de cuarzo: se contrae y
Para entender cómo funciona esto, es necesario recordarestructura del átomo. En el centro hay un núcleo que está cargado positivamente: alrededor hay electrones cargados negativamente, cada uno en su propia órbita. Además, cada uno de ellos se encuentra en un nivel energético específico, es decir, tiene una determinada cantidad de energía debido a la atracción hacia el núcleo.
Este nivel se puede cambiar enviandomás energía al electrón, para esto puedes, por ejemplo, calentar el átomo. Luego, el electrón volverá a su nivel y cederá el exceso en forma de radiación. Todo está construido sobre esta radiación: tiene una cierta frecuencia y se asemeja a un péndulo en un reloj.
Hoy en día, los relojes atómicos pueden funcionar con átomos de rubidio, estroncio, hidrógeno: el principio no cambia de esto.
El diseño de los relojes atómicos se mejora constantemente, por ejemplo, se inventó un mecanismo que se retrasa un segundo cada varios cientos de miles de millones de años.
Sin un reloj atómico, no habrá navegación en la Tierra ni en el espacio
El reloj atómico se necesita principalmente para la navegación:GLONASS y GPS, ya que estos sistemas determinan la distancia en el tiempo para que una señal viaje desde un punto de la Tierra a un satélite y viceversa. Un reloj se utiliza para medir la distancia entre objetos según el tiempo que tarda una señal en viajar desde el punto A hasta el punto B.
Actualmente, la navegación utiliza relojes atómicos del tamaño de un refrigerador en la Tierra para señalar la ubicación de una nave espacial.
La señal puede tardar más de una hora en llegar a la nave espacial y regresar a la Tierra.
A partir de estos datos se calculan las coordenadas y las instrucciones: se envían de vuelta a la nave espacial.
Si la nave espacial tiene su propio reloj a bordo, podrá calcular su propia trayectoria. Esto le permitirá viajar más lejos y transportar personas de forma segura a otros planetas.
Descubre la distancia entre los planetas usando relojes atómicos.
Pero el principal cliente de los relojes atómicos son los astrónomos. Utilizan relojes atómicos para medir grandes distancias en el espacio y determinar qué tan lejos estamos de un planeta o asteroide en particular.
Para ello, envían una señal y registran la hora de su regreso. Si el error es incluso de un segundo, puede perder unos trescientos mil kilómetros en precisión.
Cómo un reloj atómico puede ayudarte a encontrar materia oscura
La materia oscura puede afectar nuestramateria ordinaria y esto debe tener consecuencias. Uno de ellos puede ser un cambio en la constante de estructura fina, una de las constantes físicas fundamentales.
La constante de estructura fina es la relación entre la velocidad de rotación del electrón en el primer orbital y la velocidad de la luz, y es aproximadamente 0,007.
Anteriormente, los científicos creían que esta constante es siempre igual al mismo valor, pero, como han demostrado descubrimientos recientes, puede variar ligeramente.
Según una teoría, la materia oscura son defectos topológicos en el espacio que surgieron durante el Big Bang. Pueden afectar la constante.
Los científicos han utilizado varios relojes atómicos, por lo queLa forma en que deberían actuar los defectos de topología en objetos distantes en el espacio debe actuar de manera diferente en diferentes relojes separados en el espacio.
Para mejorar la precisión, los autoresrelojes combinados para mejorar la precisión en una red de cuatro dispositivos, cada uno ubicado en uno de los países: Polonia, EE. UU., Japón y Francia. Los datos de todos los dispositivos se combinan para analizar los efectos topológicos.
El reloj atómico ultrapreciso podrá medir la distorsión del espacio-tiempo.
Los científicos confían en que un reloj atómico suficientemente preciso puede servir como herramienta para medir cómo los objetos, debido a la gravedad, distorsionan el espacio circundante.
Los físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Boulder utilizaron láseres y crearon una trampa improvisada para átomos: parecía varias tazas muy pequeñas.
Miles de átomos de iterbio llenan estas copas cuando se exponen a un rayo láser de la frecuencia correcta, y los electrones en órbita se mueven un nivel de energía.
En tal sistema, los electrones harán másbillones de transiciones. Tan pronto como el láser se sintoniza a la frecuencia "ideal", comienza la traducción de la información de la frecuencia de la radiación láser en una señal que puede ser recibida y decodificada por un dispositivo electrónico, es decir, el reloj mismo.
Los científicos pudieron sintonizar el láser para que ahora los datos obtenidos ayuden a determinar el efecto de la gravedad en el propio espacio-tiempo.
Los relojes atómicos son una importante herramienta de mediciónuna cantidad tan efímera como el tiempo. Sin él, no será posible rastrear los más mínimos cambios en el tiempo de la Tierra ni medir la distancia a los planetas y galaxias vecinos.
Y en el futuro, los relojes atómicos serán indispensables para la colonización de planetas y el estudio de la materia oscura.
Pero es poco probable que alguna vez se conviertan en un aparato doméstico.
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