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¿Sabías que la definición del segundo estándar internacional en realidad está estrechamente relacionada con el átomo de sodio 133?
En nuestra vida diaria, los segundos son la unidad básica de tiempo y están en todas partes. Pero ¿alguna vez has pensado que detrás de esta unidad tan simple se esconden principios científicos precisos? Este artículo le brindará una mirada en profundidad a la definición del segundo estándar internacional y cómo está estrechamente vinculado con el átomo de sodio-133.
El segundo estándar internacional se basa en la frecuencia de transición de estado ultrafino de los átomos de sodio 133.
Según la definición del Sistema Internacional de Unidades (SI), el segundo (símbolo: s) se define como 9.192.631.770 vibraciones de la frecuencia de transición ultrafina del estado fundamental no perturbado de los átomos de sodio 133. Esta definición precisa ha convertido al segundo en la piedra angular de la medición del tiempo, una tecnología basada en el estudio de la física atómica sobre la interacción entre los estados de energía y la radiación electromagnética.
Normalmente, los relojes atómicos miden la frecuencia de las vibraciones entre los átomos, lo que les permite marcar el tiempo con una precisión incomparable. En particular, cuando los átomos de sodio 133 se enfrían hasta casi el cero absoluto, la transición de sus estados de energía ocurre a una frecuencia muy específica, y esta frecuencia nos ayuda a lograr una precisión de cronometraje extremadamente alta.
Historia del reloj atómicoLa tecnología de medición del tiempo ultraprecisa no sólo afecta a la investigación científica, sino que también tiene un impacto significativo en las tecnologías de navegación como el Sistema de Posicionamiento Global (GPS).
La tecnología se remonta a la década de 1930, cuando el físico estadounidense Isidor Ivy Rabi construyó por primera vez un reloj de frecuencia de resonancia magnética de haz atómico. No fue hasta 1955 que el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido utilizó 133 átomos de sodio para crear el primer reloj atómico práctico, que tenía una precisión de solo 1 segundo cada 3 millones de años.
La inspiración original para esta tecnología provino de una teoría propuesta por el físico escocés James Clerk Maxwell en 1873, quien defendía que el tiempo debía definirse con precisión midiendo la vibración de las ondas de luz. Esta idea dio origen a la posterior tecnología de relojes de precisión.
¿Por qué es tan importante el átomo de sodio 133?Según los estándares actuales, el átomo de sodio-133 fue elegido como base para definir el segundo principalmente por su estabilidad y confiabilidad en mediciones de alta precisión. Esto proporciona a los científicos un excelente punto de referencia para medir el tiempo, permitiendo unificar los estándares de medición del tiempo de varios países.
Además, las propiedades de los átomos de sodio 133 los hacen bastante insensibles a los cambios de temperatura y ambiente, una propiedad que permite que los relojes atómicos sigan siendo precisos incluso en condiciones extremas. En el futuro, como predicen los científicos, cuando la tecnología del reloj óptico esté más madura, podrían surgir nuevos estándares de tiempo.
Avances en la tecnología de los relojes modernosTodos estos avances demuestran el papel fundamental que desempeña la medición precisa del tiempo en la tecnología moderna, y que la futura tecnología de los relojes dependerá aún más de los avances en la física atómica.
Con el avance de la ciencia y la tecnología, surgen constantemente nuevas tecnologías como los relojes ópticos. Estos relojes utilizan tecnología láser y peine de frecuencia óptica para ser más precisos que los relojes atómicos de sodio tradicionales. El nuevo reloj puede redefinir el significado de "segundo" hasta cierto punto.
Por ejemplo, en 2021, los investigadores de JILA desarrollaron un reloj óptico de estroncio con un nivel de precisión de frecuencia sin precedentes, lo que muestra potencial para la futura medición del tiempo de alta precisión. Pronto podremos ver cómo las nuevas tecnologías moldean nuestra comprensión del tiempo.
Conclusión
Al mirar atrás a la evolución de los relojes atómicos, podemos sentir la continua innovación y el cambio en la tecnología de medición del tiempo. Dejando de lado cómo la precisión afecta la navegación y la comunicación, deberíamos pensar en lo siguiente: en una era de rápidos avances tecnológicos, ¿debería cambiar también nuestra comprensión del tiempo?
