El reloj eterno: sólo se retrasa una veinteava parte de segundo cada 14000 millones de años

Un reloj tan preciso que sólo pierda una veinteava parte de un segundo cada 14.000 millones de años, la misma edad que el Universo. Es la propuesta del profesor Víctor Flambaum, jefe de Física Teórica de la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia). El artefacto desbancaría a los aparatos más precisos del mundo gracias a una astuta maniobra: «Los relojes atómicos cuentan las oscilaciones o las frecuencias de las transiciones energéticas de un electrón en un átomo. En este caso, el reloj nuclear contaría las oscilaciones de los neutrones en el interior del núcleo del isótopo de Torio 229. Su precisión sería unas cien veces mayor que el reloj más preciso existente», explica Flambaum a este semanario. En el núcleo, los neutrones están protegidos de perturbaciones como la presencia de otro átomo, que afectan a los electrones que orbitan fueran.

Todos los relojes cuenta oscilaciones. Los tradiciones medían las de un péndulo o un cristal de cuarzo, hasta que en los 50 llegaron los relojes atómicos. Estos usan como fuente de oscilación la frecuencia de las transiciones energéticas de un átomo, los cambios de estado en su energía, inducidos por algún medio externo. «Buscan propiedades concretas del átomo. Como siguen leyes de la mecánica cuántica muy precisas, son muy buenos para hacer relojes, explica José Ignacio Latorre, catedrático de Física Teórica, en la Universidad de Barcelona.

¿Qué hora es?
La primera generación, que marca la hora civil internacional, basa su medición en los cambios del Cesio, aunque «grosso modo» lo que ha cambiado desde los 50 es la forma de inducir esos cambios, internos, antes por métodos electrónicos, hoy los más modernos por medio de luz o láser. «Los materiales tradicionales, el cesio o el rubidio tienen las transiciones muy bien definidas pero a frecuencias bajas, –explica Morgan W. Mitchell del Instituto de Ciencias Fotónicas–, elementos como el mercurio, cuentan con transiciones buenas a una frecuencia más alta». Y en esto de la medición a mayor frecuencia, más pequeña será la unidad de medición y mayor la precisión.

Unos 400 relojes atómicos en todo el mundo establecen desde los 70 la hora UTC (Universal Time Coordinate). Como explica Elisa Felicitas Arias, jefa del departamento de Tiempo de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM), el tiempo atómico viene a sustituir a la tradicional rotación de la Tierra, porque «tiene tendencia a rotar cada vez más despacio», explica así que en este afán por encontrar fenómenos periódicos que se repitan de forma constante empezó a observarse el comportamiento de los electrones. Durante la transición, el segundo pasó de convertirse en la fracción más pequeña en la división de un día (lo que dura la rotación) a un número grandísimo con muchos ceros en los que estas transiciones representan millonésimas.

En el mundo existen una docena de laboratorios que cuentan con relojes de gran precisión, cuyo uso está destinado a investigaciones muy concretas, como, por ejemplo, la comprobación de la no constancia de la velocidad de la luz. Suena a chino pero si esta velocidad cambiara ninguna medida del espacio, ni siquiera el metro, saldría indemne.

Francia, EE UU, Alemania, Japón, China o Italia cuentan con ellos. En EE UU el F1 (reloj óptico de mercurio) del National Institute of Standards and Technology sorprendió en 2006 con su precisión; pierde un segundo cada 400 millones de años. «La de Flambaum es una propuesta muy astuta, porque en lugar de mirar qué sucede alrededor del núcleo, miran dentro, donde la energía es muy alta y las frecuencias muy pequeñas. La precisión sería de una parte de 1019», explica Latorre. Esa solución o las más modernas ópticas podría entrar en los estándares de tiempo internacionales en una década, «con una posible redefinición del segundo», explica Felicitas, aunque de momento y, en su opinión, todavía no hay comparativas suficientes para incluirlos.

Resumiendo mucho la relación entre tiempo y espacio, uno no puede saber dónde está si no sabe qué hora es. La precisión en el tiempo es importante para conocer la posición de los objetos en la tierra.

GPS
«Los GPS mandan sus señales a la Tierra y lo que se recibe son las interferencias. Sabiendo la distancia de cada uno de ellos con exactitud, lo cual depende de la hora exacta, podremos saber dónde está el punto que nos interesa», explica Latorre. Javier Ventura-Traveset, especialista en navegación por satélite de la Agencia Espacial Europea, aclara que «los satélites de Galileo llevan relojes atómicos de máser pasivos de hidrógeno con una precisión del orden de 0.9 nanosegundos (menos de una mil millonésima parte de un segundo) cada 24 horas, lo que equivale a un retraso o un adelanto de un segundo cada tres millones de años. Son los más precisos puestos hasta la fecha en órbita. En comparación, un reloj digital de pulsera ofrece una precisión aproximada de un segundo al día». Lo interesante, según este experto, será sincronizar los tiempos del americano GPS y el europeo Galileo, «aumentando la precisión y disponibilidad del servicio, especialmente en áreas urbanas, concluye.

La última frontera
En la investigación espacial conocer el tiempo exacto supone que: «Si las señales van a la velocidad de la luz, conocer el tiempo permite hacer un mejor seguimiento de las sondas espaciales», explica Antonio Alonso Faus, Catedrático de Aeronáutica de la Universidad Politécnica de Madrid y experto en Cosmología.

En cuanto a investigación física, comparar las mediciones de un reloj atómico con un reloj nuclear, «si se ve que uno camina más rápido que el otro indicaría que ha habido algún cambio en el átomo. Se podrían conocer si las constantes físicas del universo están cambiando, por ejemplo, si la masa de electrones y protones son siempre las mismas», explica Mitchell.

Para Latorre, sería útil para la transmisión de datos y para automatizar con precisión las mediciones del planeta. En este sentido, Diego Porras del «Quantum Information Technologies Madrid» añade un nuevo campo, una mejor medición de la gravedad de la tierra: «Cómo cambia la gravedad de la tierra en función de la posición del reloj», lo que pordría ayudar al estudio de la composición de la tierra y el descubrimiento de nuevos yacimientos.

La hora en España
Desde 1753 la hora nacional la establece el Real Observatorio de San Fernando en Cádiz. Empezaron orientando la navegación con la posición de las estrellas y el giro de la Tierra y hoy contribuyen al UTC con seis relojes atómicos de cesio y un máser de hidrógeno «el stradivarius de esta orquesta de vientos, cuya señal suena más estable, con menos ruido, mientras que los de Cesio 133 marcan el ritmo», explica Juan Palacio, jefe de la sección de hora del Real Observatorio de la Armada. El primero llegó en 1972, aunque en España no se fabrica ninguno. La elaboración del intervalo de tiempo internacional, el segundo (no sólo medirlo sino hacerlo al mismo tiempo que los demás), es tan exacto que llevamos un retraso respecto al UTC de 0,000000005 segundos. Cada día se hacen hasta 800 comparaciones de medidas con los laboratorios mundiales.

Un segundo más en junio
La hora UTC es una medida establecida entre el recuento de 400 relojes de 70 laboratorios en todo el mundo; algunos conservan su relación histórica con la navegación como en España. Cualquier medida debe dar respuesta a aplicaciones con distintos grados de complejidad. Por ello, al Tiempo Atómico Internacional se mezcla con las antiguas medidas de rotación de la Tierra. Para compensar los desfases, cada año y medio se ajusta la hora atómica añadiendo un segundo. Algo que este año ocurrirá a medianoche (atómica) del 30 de junio de 2012.