El cronometraje puede ser tan simple como contar «un Mississippi, dos Mississippi». . .»antes de lanzarse en el fútbol de patio trasero, o de rastrear los movimientos de ida y vuelta de un péndulo en un reloj de pie.
En ambos casos, el truco es contar los intervalos de algo que ocurre repetidamente con la menor variación posible. Un oscilación de péndulo, digamos, o un ‘Mississippi’ casi equivale a un segundo, la unidad de cronometraje que, como sabemos, comprende minutos y horas.
Pero incluso los mejores péndulos mecánicos y relojes a base de cristal de cuarzo desarrollan discrepancias. Mucho mejor para el cronometraje es la «vibración» natural y exacta en un átomo energizado.
Cuando se exponen a ciertas frecuencias de radiación, como las ondas de radio, las partículas subatómicas llamadas electrones que orbitan el núcleo de un átomo «saltarán» de un lado a otro entre estados de energía. Por lo tanto, los relojes basados en este salto dentro de los átomos pueden proporcionar una forma extremadamente precisa de contar segundos.
No es de extrañar entonces que el estándar internacional para la longitud de un segundo se base en átomos. Desde 1967, la definición oficial de un segundo es 9.192.631.770 ciclos de radiación que hace que un átomo del elemento llamado cesio vibre entre dos estados de energía.
Dentro de un reloj atómico de cesio, los átomos de cesio se canalizan por un tubo donde pasan a través de las ondas de radio . Si esta frecuencia es la correcta, 9,192,631,770 ciclos por segundo, entonces los átomos de cesio «resuenan» y cambian su estado de energía.
Un detector al final del tubo realiza un seguimiento del número de átomos de cesio que llegan a él y que han cambiado sus estados de energía. Cuanto más afinada sea la frecuencia de onda de radio a 9,192,631,770 ciclos por segundo, más átomos de cesio alcanzarán el detector.
El detector devuelve la información al generador de ondas de radio. Sincroniza la frecuencia de las ondas de radio con el número máximo de átomos de cesio golpearlo. Otros componentes electrónicos del reloj atómico cuentan esta frecuencia. Al igual que con un solo giro del péndulo, un segundo se desactiva cuando se cumple el conteo de frecuencias.
Los primeros relojes atómicos de calidad fabricados en la década de 1950 se basaron en cesio, y estos relojes perfeccionados con mayor precisión a lo largo de las décadas siguen siendo la base utilizada para mantener la hora oficial en todo el mundo.
En los Estados Unidos, los relojes superiores son mantenidos por los Institutos Nacionales de Estándares y Tecnología (NIST) en Boulder, Colorado., y el Observatorio Naval de los Estados Unidos (USNO) en Washington, D. C.
El reloj atómico de cesio NIST-F1 puede producir una frecuencia tan precisa que su error de tiempo por día es de aproximadamente 0,03 nanosegundos, lo que significa que el reloj perdería un segundo en 100 millones de años.
El cronometraje súper preciso es parte integral de muchos elementos de la vida moderna, como las comunicaciones electrónicas de alta velocidad, las redes eléctricas y el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y, por supuesto, saber cuándo comienza su programa de televisión favorito.
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