Récord mundial: el reloj atómico más preciso jamás creado redefine la medición del tiempo

Si este reloj hubiera estado funcionando desde el origen del universo, apenas se habría desviado una fracción de segundo.

El físico del NIST David Hume sostiene la trampa de iones recientemente modificada para el reloj de iones de aluminio. Gracias a esta modificación, el ion de aluminio y su compañero de magnesio pudieron «tictaquear» sin perturbaciones. Crédito: R. Jacobson/NIST.

Un grupo de científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos (NIST) ha desarrollado el reloj más preciso jamás construido. La nueva marca supera en un 41 % el récord anterior y representa un avance histórico en nuestra capacidad para medir el tiempo con una exactitud nunca antes alcanzada.

El corazón de este reloj es un ion de aluminio, un átomo cargado eléctricamente, que es atrapado y enfriado casi al cero absoluto. A esa temperatura extrema, el ion vibra de forma tan regular que los científicos pueden contar sus «tics» y así medir un segundo con una precisión de 19 cifras decimales. En otras palabras, si este reloj hubiera estado funcionando desde el origen del universo, apenas se habría desviado una fracción de segundo.

Pero no solo es el más preciso: también es el más estable de su tipo. Esa estabilidad permitió reducir drásticamente el tiempo necesario para lograr mediciones tan finas, pasando de tres semanas a tan solo un día y medio.

«Es emocionante trabajar en el reloj más preciso del mundo», expresó Mason Marshall, físico del NIST. «Aquí podemos llevar a cabo planes a largo plazo en medición de precisión que empujan los límites de la física y nuestra comprensión del universo».

La trampa de iones recientemente modificada para el reloj de iones de aluminio del NIST. El recuadro en la parte inferior derecha, captado por una cámara CCD, muestra el par de iones de aluminio y magnesio. El círculo indica la posición del ion de aluminio, que aparece oscuro ya que solo puede leerse mediante espectroscopía de lógica cuántica a través del ion de magnesio. Crédito: NIST.

Lograr semejante exactitud requirió resolver múltiples desafíos técnicos. Uno de los más importantes fue reducir al mínimo cualquier interferencia que pudiera alterar las mediciones. Para ello, los investigadores rediseñaron el entorno del ion, utilizando una base más gruesa de diamante y mejorando los recubrimientos de oro que estabilizan los campos eléctricos del sistema.

Otra pieza clave fue la incorporación de un ion de magnesio como compañero del de aluminio. Aunque el magnesio no ofrece la misma precisión, es más fácil de controlar con láseres, lo que ayuda a mantener la estabilidad del sistema. Esta técnica, conocida como espectroscopía de lógica cuántica, permite leer el comportamiento del reloj de forma más eficiente.

También fue esencial un láser ultraestable proveniente de otro laboratorio del NIST, ubicado a 3.6 kilómetros de distancia. Mediante una conexión subterránea de fibra óptica, ese rayo láser fue enviado hasta el reloj para sincronizar su frecuencia con una exactitud aún mayor.

¿Para qué sirve un reloj tan preciso?

A diferencia de un reloj común, este tipo de dispositivo no sirve para marcar la hora diaria, sino para establecer una referencia absoluta sobre cuánto dura un segundo. Esa definición es crucial para numerosas áreas de la ciencia y la tecnología, desde experimentos sobre gravedad y relatividad hasta la búsqueda de materia oscura o la medición precisa de cambios en el campo gravitacional terrestre.

«Cada parte del sistema influye en su rendimiento», explicó Daniel Rodríguez Castillo, ingeniero del NIST. «Es un desafío complejo, pero cada mejora nos acerca a una herramienta perfecta para explorar los misterios del universo».

(De izquierda a derecha) Mason Marshall, David Hume, Willa Arthur-Dworschack y Daniel Rodríguez Castillo posan frente al reloj de iones de aluminio en el NIST. Con sus mejoras recientes, el reloj puede allanar el camino para la campaña de redefinir el segundo, así como para explorar nuevas ideas en física. Crédito: R. Jacobson/NIST.

El equipo ya está pensando en el futuro. Según la investigadora Willa Arthur-Dworschack, este reloj podría evolucionar aún más mediante el uso de múltiples iones o incluso mediante el entrelazamiento cuántico, lo que llevaría la precisión a un nivel completamente nuevo.

Con este logro, el NIST no solo bate un récord mundial: también establece las bases para una nueva generación de relojes atómicos capaces de transformar la ciencia, la tecnología y nuestra relación con el tiempo.

Fuente: NIST. Edición: MP.