{"id":76483,"date":"2003-01-01T00:00:00","date_gmt":"2003-01-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2003\/01\/01\/la-frecuencia-del-tiempo\/"},"modified":"2013-01-21T20:32:39","modified_gmt":"2013-01-21T22:32:39","slug":"la-frecuencia-del-tiempo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/la-frecuencia-del-tiempo\/","title":{"rendered":"La frecuencia del tiempo"},"content":{"rendered":"
\"\"eduardo cesar<\/span><\/a>

El reloj at\u00f3mico de calcio de la Unicamp: el tercero construido en el mundo. Es m\u00e1s preciso que el de cesioeduardo cesar<\/span><\/p><\/div>\n

La marcaci\u00f3n del tiempo ha sido siempre una obsesi\u00f3n del hombre, desde la \u00e9poca en la cual hincando un poste en el suelo y haciendo unos rasgueos a su alrededor, \u00e9ste cre\u00f3 el primer marcador de horas del mundo: el reloj de sol, invenci\u00f3n que probablemente surgi\u00f3 entre los pueblos de la antigua Mesopotamia (Asia Menor), hace m\u00e1s de 3 mil a\u00f1os. Desde ese entonces, muchas cosas han cambiado. Aparecieron los relojes de agua y de arena, como las famosas ampolletas, hasta que en el siglo XVI, surgieron en Europa los relojes de p\u00e9ndulo, con Galileo Galilei.<\/p>\n

Pero hace poco m\u00e1s de 60 a\u00f1os, la electr\u00f3nica gener\u00f3 innovaciones importantes, para dotar de mayor precisi\u00f3n a esos artefactos. Los relojes de cuarzo, como aqu\u00e9llos que usamos en nuestras mu\u00f1ecas, se hicieron populares. Despu\u00e9s fue el turno del reloj at\u00f3mico, el m\u00e1s preciso de todos, que se atrasa o se adelanta tan solo un segundo en miles de millones de a\u00f1os.<\/p>\n

A estos equipos, que fijan la hora mundial y sirven para medir el tiempo durante en actividades espaciales y de telecomunicaciones, se dedican investigadores de dos institutos de f\u00edsica: el de la Universidad de S\u00e3o Paulo, con sede en S\u00e3o Carlos, y el de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp). Estos cient\u00edficos pretenden adquirir un conocimiento en dicha \u00e1rea del cual Brasil a\u00fan carece, adem\u00e1s capacitar al personal especializado e implementar innovaciones en dichos relojes, que en nada se parecen con cualquier especie de marcador de horas que integre nuestro cotidiano.<\/p>\n

Los dos grupos de investigaci\u00f3n forman parte del Centro de Investigaci\u00f3n en \u00d3ptica y Fot\u00f3nica (Cepof) financiado por la FAPESP. En S\u00e3o Carlos, la f\u00edsica y posdoctoranda M\u00f4nica Santos Dahmouche realiza los \u00faltimos ajustes en el primer reloj at\u00f3mico construido en Brasil. La intenci\u00f3n de \u00e9sta y del coordinador del Cepof en S\u00e3o Carlos, profesor Vanderlei Bagnato, es reivindicar durante el corriente a\u00f1o la participaci\u00f3n de ese equipamiento en la medici\u00f3n de la hora justa mundial, llevada a cabo por m\u00e1s de 200 relojes at\u00f3micos de 30 pa\u00edses. \u00c9stos componen la llamada Hora At\u00f3mica Internacional (TAI, por su sigla en franc\u00e9s), instituida en 1972. Brasil participa de ese grupo con el reloj at\u00f3mico del Observatorio Nacional (ON), sito en R\u00edo de Janeiro, un equipamiento adquirido en el exterior. En Am\u00e9rica del Sur, adem\u00e1s del ON, existen tan solo otros dos aparatos en Argentina.<\/p>\n

“El nuestro fue \u00edntegramente desarrollado ac\u00e1”, comenta M\u00f4nica. El pedido de inclusi\u00f3n de ese reloj en la definici\u00f3n de la hora mundial ser\u00e1 realizado ante la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM, seg\u00fan su sigla en franc\u00e9s), con sede en S\u00e8vre, Francia. Esa instituci\u00f3n controla tambi\u00e9n el Tiempo Universal Coordinado (UTC en ingl\u00e9s), la hora oficial del mundo, que tiene una diferencia con relaci\u00f3n a la TAI de cerca de 0,9 segundo por a\u00f1o a m\u00e1s o a menos, debido a la rotaci\u00f3n irregular de la Tierra. La UTC -actual sucesora del Tiempo Medio de Greenwich (GMT), que med\u00eda la hora mundial desde 1884- sigue el tiempo de esa rotaci\u00f3n y es ajustada con la TAI con una periodicidad de algunos a\u00f1os.<\/p>\n

La uni\u00f3n de varios relojes de todo el mundo para marcar la hora justa puede parecer innecesaria, dada la precisi\u00f3n de estos equipos. Sin embargo, aspectos tales como la temperatura, la presi\u00f3n atmosf\u00e9rica y los ruidos pueden influir en la frecuencia emitida por esos relojes, actualmente basada en la pulsaci\u00f3n de cesio 133, un elemento carente en absoluto de radiaci\u00f3n nociva. El cesio fue el patr\u00f3n elegido en 1967, durante la 13\u00aa Conferencia Mundial de Pesos y Medidas. Es definido por la duraci\u00f3n de 9.192.631.770 per\u00edodos de oscilaci\u00f3n de la radiaci\u00f3n necesaria para la transici\u00f3n entre dos niveles del estado fundamental del \u00e1tomo de cesio 133. Esto significa que se necesita una perturbaci\u00f3n en los electrones de ese elemento para la emisi\u00f3n de la frecuencia patr\u00f3n.<\/p>\n

El cesio sirve de referencia no solamente para marcar las horas, sino tambi\u00e9n como patr\u00f3n de impulsos el\u00e9ctricos. Tiene una frecuencia estable, y genera una se\u00f1al el\u00e9ctrica repetitiva. De esta manera, la unidad de tiempo tambi\u00e9n es usada para determinar el metro, por ejemplo. Actualmente, un metro es la longitud del trayecto recorrido por la luz en el vac\u00edo durante el intervalo de tiempo de 1 segundo dividido en 299.792.458 partes. Tama\u00f1a precisi\u00f3n requiere de equipos igualmente precisos, que hoy en d\u00eda -en sus modelos comerciales- pueden hallarse en las empresas de telefon\u00eda y de transmisi\u00f3n de se\u00f1ales de televisi\u00f3n, y en los sat\u00e9lites.<\/p>\n

Conexiones r\u00e1pidas
\n<\/strong>En telecomunicaciones, por ejemplo, el reloj at\u00f3mico es imprescindible desde la puesta en pr\u00e1ctica de una nueva t\u00e9cnica de transmisi\u00f3n de datos: la SDH (sigla en ingl\u00e9s de Jerarqu\u00eda Digital Sincr\u00f3nica), utilizada en las comunicaciones v\u00eda fibra \u00f3ptica. Esta t\u00e9cnica funciona con flujos de transmisi\u00f3n muy r\u00e1pidos que orientan las conexiones en una gran red en fracciones de segundo. La navegaci\u00f3n tambi\u00e9n ha ganado mucho con los relojes at\u00f3micos.<\/p>\n

Barcos, aviones y grupos humanos situados en lugares inh\u00f3spitos adoptan el llamado GPS, el sistema de posicionamiento global, para ubicarse. Dicho sistema est\u00e1 compuesto por 24 sat\u00e9lites que giran alrededor del planeta, siendo tres de ellos suficientespara que el receptor en la Tierra descodifique e informe la coordenadas (de latitud y longitud). “Sabiendo la hora a la que entr\u00f3 cada se\u00f1al y de d\u00f3nde vino, el receptor determina la posici\u00f3n, pues estima cu\u00e1ndo el sat\u00e9lite emiti\u00f3 la se\u00f1al y cuanto tiempo tard\u00f3 \u00e9sta para llegar al suelo”, explica el profesor Fl\u00e1vio Caldas da Cruz, del Instituto de F\u00edsica (IF) de la Unicamp. “Este tiempo es informado por el reloj at\u00f3mico instalado dentro de los sat\u00e9lites”.<\/p>\n

Pese a su uso corriente, los relojes at\u00f3micos, al igual que los relojes pulsera, est\u00e1n en constante evoluci\u00f3n. En el caso de los relojes at\u00f3micos, el l\u00e1ser es el camino. El primero equipo construido en Brasil -en S\u00e3o Carlos-, es un reloj at\u00f3mico de haz t\u00e9rmico, que comenz\u00f3 a ser ideado en 1997 dentro de una sala especial, completamente blindada, con paredes rellenas de poliestireno expandido y otros materiales para a\u00edslar los ruidos. Mantiene la estabilidad de resonancia con relaci\u00f3n al cesio en 10-\u00b9\u00b9, es decir que, adem\u00e1s de medir la fracci\u00f3n del segundo con 11 decimales, en el orden del picosegundo (mil millones de veces menos que un segundo), pasar\u00edan 31 mil millones de a\u00f1os para que se atrase un segundo. Esa marca est\u00e1 muy cerca de la del reloj at\u00f3mico comercial, que es de 10-\u00b9\u00b2. “La investigaci\u00f3n cient\u00edfica se aboca a buscar relojes que determinen la frecuencia de resonancia del cesio (aqu\u00e9llos 9.192.631.770 de oscilaciones) con mayor precisi\u00f3n”, dice M\u00f4nica.<\/p>\n

La estabilidad de la frecuencia del cesio en el reloj de haz t\u00e9rmico comienza con los \u00e1tomos, que son lanzados desde un horno a una cavidad (c\u00e1mara), en donde reciben los haces de l\u00e1ser infrarrojo, por lo tanto, por debajo del espectro visible. Una vez all\u00ed, interact\u00faan con la radiaci\u00f3n de 9.192.631.770 gigahertz (GHz) generada por un sintetizador de microondas y un oscilador de cuarzo. En esa c\u00e1mara se produce el reacomodamiento de los electrones del \u00e1tomo. Con ello, \u00e9stos absorben la energ\u00eda de los l\u00e1seres y empiezan a emitir fotones, que se transforman en corriente el\u00e9ctrica con su frecuencia medida por\u00a0software<\/em>. Mediante tal medici\u00f3n se verifica si la frecuencia generada en el sintetizador de microondas es la correcta, resonante con el cesio, o si se necesitan correcciones.<\/p>\n

El otro reloj at\u00f3mico que se en encuentra en desarrollo en S\u00e3o Carlos, llamado reloj at\u00f3mico tipo fuente, que utiliza \u00e1tomos fr\u00edos, es considerado una evoluci\u00f3n del primero. Al contrario que en el anterior, que funciona en forma horizontal, en este \u00faltimo los \u00e1tomos son arrojados hacia arriba, como si fuera una fuente, dentro de un cilindro met\u00e1lico. Al subir, los \u00e1tomos pasan por una cavidad, llegan a su \u00e1pice y luego descienden.<\/p>\n

Durante el descenso, pasan nuevamente por la misma cavidad, alimentada por un generador de microondas, que suministra la radiaci\u00f3n resonante con la transici\u00f3n del cesio y finalmente interact\u00faan con los haces de l\u00e1seres de detecci\u00f3n, en la zona m\u00e1s baja del reloj. En este caso, la interacci\u00f3n de los \u00e1tomos dentro de la cavidad es mayor, lo que permite determinar la frecuencia de la resonancia del cesio con mayor precisi\u00f3n. “Este reloj fue totalmente producido en Brasil, incluido su proyecto. Con ello, nuestro grupo domin\u00f3 todas las etapas, desde la idea inicial hasta la t\u00e9cnica de construcci\u00f3n”, dice M\u00f4nica.<\/p>\n

Tanto el reloj fuente como el de haz t\u00e9rmico no son producidos comercialmente. En los se encuentran en el mercado, una imanes desempe\u00f1an el papel de seleccionador y detector de \u00e1tomos de cesio en lugar del l\u00e1ser. Por eso dichos equipos tambi\u00e9n necesitan salas blindadas, lejos de cualquier tipo de interferencia.<\/p>\n

L\u00e1ser rojo
\n<\/strong>En Campinas, los investigadores del Cepof trabajan en aquello que podr\u00e1 constituirse en la nueva generaci\u00f3n de relojes at\u00f3micos. Al contrario que los equipos basados en transiciones de \u00e1tomos de cesio 133, \u00e9stos utilizan calcio. Este elemento qu\u00edmico oscila cuando es detectado y mantenido por un l\u00e1ser espec\u00edfico en el color rojo, a 456.000 (GHz), mucho m\u00e1s r\u00e1pido que el cesio (en 9 GHz). \u00c9ste efect\u00faa la transferencia de la pulsaci\u00f3n del l\u00e1ser rojo a otro l\u00e1ser, en este caso policrom\u00e1tico, transfiriendo los tonos de repetici\u00f3n a un circuito electr\u00f3nico que contar\u00e1 las oscilaciones e impulsos.<\/p>\n

Con la oscilaci\u00f3n de los \u00e1tomos de calcio excitados por el l\u00e1ser, se obtiene una mejora en varios sentidos en lo que ata\u00f1e a precisi\u00f3n. “Es muy r\u00e1pido y obtenemos un conteo de tiempo repetitivo y estable”, comenta Cruz. La precisi\u00f3n de \u00e9ste llega a 10 -17, es decir, es del orden de los fentosegundos (un segundo dividido en billones) o un n\u00famero que tiene otras 15 cifras despu\u00e9s de los dos d\u00edgitos del segundo mostrados en los relojes pulsera digitales.<\/p>\n

Cuando est\u00e9 listo, a mediados de este a\u00f1o, el reloj at\u00f3mico de calcio del IF de la Unicamp ser\u00e1 el tercero del mundo. Actualmente existen dos artefactos de este tipo en funcionamiento: uno producido en 2001 en el\u00a0National Bureau of Standards<\/em> (NIST), el instituto de metrolog\u00eda estadounidense, y otro en 2002, en el\u00a0Physikalisch-Technische Bundesanstalt<\/em> (PTB), el instituto de metrolog\u00eda de Alemania.<\/p>\n

Los Proyectos<\/strong>
\nReloj At\u00f3mico de Haz T\u00e9rmico y Reloj At\u00f3mico de \u00c1tomos en Fr\u00edo
\nModalidad<\/strong>
\nCentro de \u00d3ptica y Fot\u00f3nica (Cepof) de S\u00e3o Carlos
\nCoordinador<\/strong>
\nVanderlei Salvador Bagnato – Instituto de F\u00edsica de la USP de S\u00e3o Carlos
\nInversi\u00f3n<\/strong>
\nR$ 50.000,00 y US$ 70.000,00
\nReloj At\u00f3mico \u00d3ptico de Calcio
\nModalidades<\/strong>
\nCentro de \u00d3ptica y Fot\u00f3nica (Cepof) de Campinas, y L\u00ednea regular de auxilio a la investigaci\u00f3n
\nCoordinador del proyecto<\/strong>
\nFl\u00e1vio Caldas da Cruz – Instituto de F\u00edsica de la Unicamp
\nInversi\u00f3n<\/strong>
\nR$ 140.311,18 y US$ 145.778,74<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Investigadores construyen tres relojes at\u00f3micos capaces de dividir el segundo en miles de millones de veces","protected":false},"author":10,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[],"coauthors":[97],"class_list":["post-76483","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/76483","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/10"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=76483"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/76483\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=76483"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=76483"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=76483"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=76483"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}