A este nivel de precisión, un error de un segundo no se acumularía hasta después de más de 260.000 millones de años. Como recordatorio, el universo tiene menos de 14.
Un reloj atómico no mide el tiempo con engranajes. Utiliza un cambio muy preciso en el estado de un átomo, provocado por una luz de frecuencia determinada. Este cambio sirve como referencia regular, de la misma manera que un péndulo proporciona un ritmo a un reloj mecánico.
Ilustración del lutecio utilizado como referencia en un reloj atómico óptico.
Crédito: Melanie Lee / Centro de Tecnologías Cuánticas.
Los investigadores de la Universidad Nacional de Singapur eligieron el lutecio-176. Cada uno de sus dos relojes contiene un solo ion, es decir, un átomo con carga eléctrica. Un láser se ajusta a la frecuencia propia de ese ion. La incertidumbre obtenida se aproxima a 1 × 10-19, lo que permite verificar hasta la decimonovena cifra decimal.
Sin embargo, una precisión así no basta si solo se obtiene en un dispositivo. Por eso, los investigadores construyeron dos relojes independientes y compararon su ritmo durante unas 200 horas. La diferencia medida se mantuvo compatible con cero, con una incertidumbre de 5,7 × 10-19.
El lutecio ofrece aquí una ventaja práctica. La frecuencia utilizada para medir el tiempo reacciona muy poco a las variaciones de temperatura o a los campos magnéticos. Esto reduce varias correcciones necesarias con otros átomos. Así, ambos dispositivos pueden funcionar a temperatura ambiente y conservar su precisión.
A este nivel, la propia gravedad se vuelve medible. Según la relatividad general, el tiempo transcurre de forma ligeramente diferente según la altitud y el campo gravitacional. Los dos relojes eran lo bastante sensibles como para detectar el efecto correspondiente a una diferencia de altura de unos 5 mm sobre una misma mesa.
Esta sensibilidad abre usos que van más allá de la simple medición del tiempo. Estos relojes podrían comparar con gran precisión el nivel de distintos lugares de la Tierra, seguir ciertas variaciones del campo gravitacional o poner a prueba leyes fundamentales de la física. También pueden servir para buscar posibles variaciones de las constantes físicas.
El segundo oficial todavía se basa en una transición del cesio-133, utilizada como referencia internacional desde la década de 1960. Los relojes ópticos emplean frecuencias mucho más altas y actualmente alcanzan una mayor precisión. Por ello, los organismos internacionales estudian una futura redefinición del segundo a partir de esta nueva generación de relojes.
El próximo paso será sacar el sistema del laboratorio. Los investigadores trabajan para hacer transportable el reloj de lutecio sin perder su precisión. Un dispositivo móvil permitiría comparar directamente relojes instalados en laboratorios alejados y probar su rendimiento en condiciones reales.