Un reloj atómico, es un tipo de reloj que usa resonancia
atómica para medir el tiempo, alimentando su contador en base a cilos o frecuencia
de radiación, como veremos más adelante en el artículo. Los primeros dispositivos eran másers (del
inglés "microwave amplification by stimulated emission of radiation"), un
artefacto que produce ondas electromagnéticas a través de emisión estimulada.
Los dispositivos que se usan actualmente están basados en principios físicos
bastante más avanzados relacionados con átomos fríos y fuentes atómicas. La
precisión del reloj atómico debe ser de por lo menos una billonésima de segundo,
y se usa como sistema de referencia para medir el tiempo a través de la Hora
Internacional Atómica. Para usos civiles, se usa como sistema de referencia la
Hora Universal Coordinada, la cuál posee las mismas características que la Hora
Internacional Atómica, pero está sincronizada mediante observaciones
astronómicas para medir el paso entre el día y la noche.
El primer reloj atómico fue construido en el año 1949 en
Estados Unidos, en tanto que el primer dispositivo que poseía una precisión para
la definición del segundo, fue construido en 1955 por Louis Essen en el
Laboratorio Nacional de Física en Gran Bretaña, el cuál se basaba en la
transición del átomo de cesio-133. En agosto del año 2004, científicos que
trabajaban en Estrados Unidos lograron llegar a un reloj atómico a escala de
chip, lo que es de un tamaño 100 veces más pequeño que cualquiera de los
dispositivos diseñados hasta entonces. Además éste último requiere de poca
potencia energética, lo que implica que puede usarse en numerosas aplicaciones.
Las másers del reloj atómico, usan cámaras de gas ionizado,
generalmente de cesio ya que este elemento es usado oficialmente en la
definición de un segundo. Desde 1967, el Sistema Internacional de Unidades ha
definido un segundo como 9.192.631.770 ciclos de radiación que corresponden a la
transición entre 2 niveles de energía del átomo de cesio-133. Esta definición
hace que el reloj atómico sea el dispositivo estándar para la medición del
tiempo. El núcleo del reloj atómico es una cavidad de microondas que contiene el
gas ionizado, un oscilador de radio de microondas, y un sistema iterativo que es
usado para ajustar el oscilador con la frecuencia exacta de la absorción,
definida por el comportamiento individual de los átomos. El oscilador de
microondas llena la cámara con ondas de radio. Cuando la frecuencia de radio
alcanza la frecuencia del cesio, los electrones del átomo son capaces de
absorber las ondas de radio y moverse entre 2 estados de energía, donde sólo los
átomos que han logrado cambiar sus estados pueden afectar el detector. De esta
manera si la incidencia de los átomos que son detectados disminuye, entonces la
frecuencia del oscilador es nuevamente ajustada.
Otros tipos de relojes atómicos son usados para otros
propósitos. Por ejemplo, el reloj de rubidio es el más comprado debido a su bajo
costo y su pequeño tamaño. Éste es usado para aplicaciones aeroespaciales. Las
investigaciones actuales tienen como meta un desarrollo del reloj atómico basado
en transiciones ópticas y no en transiciones de microondas. Esto porque la
frecuencia más alta de las transiciones ópticas unido a los sistemas de láser,
permiten una mayor estabilidad de la frecuencia.
