O reloxo máis exacto do mundo
1997/03/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria
O ano pasado o observatorio de París bateu todas as marcas de precisión dos reloxos no Laboratorio Básico de Tempo e Frecuencia (LPTF). Mediante o reloxo atómico que prepararon alcanzaron una precisión de 10-15 segundos, o femtosegundo. Este intervalo de tempo moi reducido pódese expresar doutra maneira: 0,000 000 000 000 001 segundos. Tomar conciencia dun tempo tan corto non é fácil, claro, xa que a quinada nerviosa que se expande á velocidade da luz necesita tanto paira desprazarse dentro da neurona.
No laboratorio LPTF de París, Michel Granveaud e o seu equipo dedícanse principalmente á preparación de reloxos atómicos de cesio, e o resultado do seu traballo foi conseguir o reloxo máis preciso do mundo, a pesar de que outros tamén o están facendo no mundo. En Estados Unidos, persoas que traballan no NIST (National Institute of Standards and Technology), xaponeses, alemáns, etc. conseguiron achegarse até os 10-14 s. Tamén é outro laboratorio en Francia dedicado ao reloxo atómico, o de Orsay. Este reloxo é basicamente igual que o resto, pero substitúe os átomos de cesio por iones de calcio. De feito, as partículas cargadas poden ser máis fáciles de manexar mediante campos electromagnéticos. Ademais, a frecuencia de transición elixida no ion de calcio atópase no campo visible en vermello.
Que é o segundo e paira que
Cando se preguntaba que era o segundo até hai uns anos, a resposta era a do sesenta do minuto ou a de 3.600 da hora. Con todo, en 1967 a definición do segundo cambiou. De acordo co aprobado pola Asemblea Xeral de Medidas e Pesos, a definición do segundo é o intervalo de tempo de 9 192 631 770 períodos de radiación de transición entre os dous niveis hiperfinos do estado enerxético básico do átomo de cesio 133. Dito doutro xeito, o novo patrón de medida do tempo é o período da onda emitida ao pasar un electrón dentro do átomo de cesio dunha capa de enerxía a outra máis interna.
O tempo atómico internacional calcúlase na Oficina de Medidas e Pesos de Sèves de París a partir da media de 250 reloxos atómicos repartidos polo mundo. Hai que lembrar que o reloxo atómico pode ter un retardo ou avance máximo de 0.0001 segundos despois de mil anos.
Máis dun preguntará paira que serve una definición e un reloxo tan preciso do segundo, e a resposta está nas necesidades das novas tecnoloxías e a investigación básica. O tempo e o espazo son conceptos relacionados entre si. Por exemplo, mediante o satélite e o reloxo atómico, pódese localizar un punto da terra de forma moi precisa.
Calcúlase en función do tempo que tarda a luz en correr. Por tanto, canto maior sexa a precisión do reloxo, máis exacto será o punto do chan. Os 24 satélites a 20.000 quilómetros de altitude teñen una precisión dun metro paira situar puntos terrestres mediante o sistema GPS (Global Posityonning System) e reloxos atómicos en aplicacións militares e de 10 metros en aplicacións civís. Se os reloxos atómicos fosen como os do observatorio de París, a precisión sería a décima parte do milímetro. Este sistema GPS utilízase paira medir terremotos, detectar coches do rally Paris-Dakar ou medir derívaa continental.
Buscando ondas gravitatorias
Moitos dos grandes descubrimentos científicos producíronse grazas ao avance na medición do tempo: En 1676, por exemplo, descubriuse que a velocidade da luz tiña un valor finito e que en 1937 a rotación da Terra era irregular. En 1983 o metro definiuse doutra maneira como a distancia que a luz percorría no baleiro 1/299 792 458 segundos.
Hoxe en día, con todo, os investigadores buscan reloxos máis precisos paira detectar as famosas “ondas gravitatorias” anunciadas por Einstein en 1916. Estas ondas emitirían masas aceleradas, do mesmo xeito que a partícula cargada en movemento emite ondas electromagnéticas. Se se atopasen ondas gravitatorias, ademais de confirmar a Teoría da Relatividad, uniríanse as leis de gravitación e electromagnetismo.
Os pulsos ou pulsaciones de pulsárelos parecen confirmar a existencia de ondas gravitatorias. Pulsárelos son estrelas de neutróns que viran máis de cen revolucións por segundo ao redor do seu eixo. As ondas gravitatorias provocan altibaixos nos sinais emitidos por pulsárelos, pero estes infinitesimais non se poden detectar se non se trata de reloxos de precisión extrema.
Como funciona o reloxo atómico?Nos reloxos atómicos pódese dicir que o péndulo substitúese por un xerador de ondas. A onda ten picos e depresións e o período é o tempo que transcorre desde un punto ata que chega o seguinte. O período pode, por tanto, representar a unidade de tempo, pero se necesita una onda cun período regular e estable. Paira iso normalmente tómase o átomo de cesio. Cando se excita una determinada lonxitude de onda (a correspondente a unha frecuencia de 9,192 631 770 GHz), o nivel enerxético cambia. Canto maior sexa a proporción de átomos excitados, máis nos aproximaremos a esa lonxitude de onda (e por tanto ao período ideal ou á miniunidad do tempo). Por iso, o xerador de ondas regúlase de forma que se obteña a maior cantidade posible de átomos de cesio excitados. Desta forma o reloxo ten una precisión de entre 10 e 15”. Na zona 1 do reloxo hai cesio, xeralmente un metal sólido. Primeiro convértese en gas. Nun principio os átomos colócanse ao mesmo nivel enerxético básico e logo arrefríanse con raios láser até uns microcelvin (moi preto do cero absoluto). O arrefriado dos átomos reduce a súa velocidade e baixa dos 100 m/s anteriores a uns cm/s. Posteriormente, na Zona 2, os átomos de cesio envíanse aos microondas emitidas por un xerador de cuarzo e algúns se excitan. Os átomos caen e pasan por un detector na Zona 3. Dado o número de átomos excitados, o período do xerador regúlase para que as ondas emitidas exciten o maior número posible de átomos. Mídese entón o período da onda e multiplícase por 9 192 631 770 dando o segundo do reloxo. |
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
