Funcionamiento del reloj atómico
El reloj mecánico depende de un péndulo para funcionar. El atómico trabaja mediante la frecuencia de las transiciones energéticas hiperfinas (en los rangos de microondas) en los átomos.
En un extremo del reloj de cesio hay un horno con una placa de cesio, del cual se evaporan iones de este metal. Los iones se presentan en dos estados dependientes del espín o giro (spin) del último electrón del cesio. La diferencia de energía entre estos dos estados corresponde a una frecuencia de 9 192 631 770 hercios (Hz). En cada estado las propiedades magnéticas de los iones son diferentes. Tras la evaporación se utiliza un imán para separar los iones y descartar los de mayor energía. Los iones de menor energía se reubican en una cámara.
El verdadero reloj es un oscilador electrónico que genera pulsos de una frecuencia ajustable. Se ajusta a la correspondiente a la transición hiperfina del cesio por el proceso de realimentación siguiente. Un radioemisor de microondas llena de manera uniforme la cavidad de la cámara con ondas radioeléctricas de la frecuencia del oscilador electrónico. Cuando la frecuencia de la onda radiada se acopla con la frecuencia de la transición hiperfina del cesio, los iones de cesio absorben la radiación y emiten luz. Una celda fotoeléctrica es sensible a la luz emitida y está conectada al oscilador electrónico con instrumentación electrónica.
Para realizar la medición mediante estas partículas es necesario crear un campo electromagnético que no existe naturalmente en el Universo. El proceso se realiza dentro de una «trampa magneto-óptica»: esfera del tamaño de un melón, en la cual se inyectan átomos de cesio que, confinados en un campo magnético, propagan seis rayos de luz láser. De igual modo que una persona disminuye su paso ante una ráfaga de viento, los átomos reducen su velocidad al ser bombardeados por los láseres emitidos en todas direcciones. Mediante este método los átomos pueden reducir su velocidad hasta hacerla 10 mil veces más lenta de lo normal. Cuando los átomos y los láseres chocan, se forma una nube de átomos muy lentos o ultrafríos.
Los usos más frecuentes de los relojes atómicos son:
- Redes de telefonía.
- Sistemas de Posicionamiento Global (GPS).
- Medición del tiempo.
- Calibración de equipos.