metrología “reloj atómico de cesio”

METROLOGÍA “RELOJ ATÓMICO DE CESIO”
Hasbleidy Ochoa Moreno G11N27dayany
Santiago Cárdenas Pinto G09N12santiago
RESUMEN
Los dispositivos de medida del tiempo más precisos son los relojes atómicos, basados en la
frecuencia de oscilación entre dos estados de energía de determinados átomos o moléculas. Una
gran ventaja es que estas vibraciones no resultan afectadas por fuerzas externas. De acuerdo con
las leyes de la física cuántica, los átomos absorben o emiten energía electromagnética en
cantidades diferenciadas que se corresponden con las diferencias de energía de dos estados
atómicos, que equivale a dos estados de configuración de electrones alrededor del núcleo. Cuando
un átomo sufre una transición de un estado de energía a otro más bajo, emite una onda
electromagnética con una frecuencia determinada, llamada frecuencia de resonancia. Esta
frecuencia de resonancia es idéntica en todos los átomos de un mismo tipo. Así que se puede
construir un reloj, el cual se basa en la medida de la frecuencia de la radiación absorbida por un
átomo de cesio al pasar de un estado de energía más bajo a uno más alto. Por esta razón, es
posible utilizar un átomo de cesio como calibrador para la medida del tiempo. Este tipo de relojes
tienen una extraordinaria precisión.
ABSTRACT
The time-measuring devices are more accurate atomic clocks, based on the frequency of oscillation
between two energy states of certain atoms or molecules. A great advantage is that these
vibrations are not affected by external forces. In accordance with the laws of quantum physics,
atoms absorb or emit electromagnetic energy in discrete amounts that correspond to the energy
differences of two atomic states, which are two configuration states of electrons around the nucleus.
When an atom undergoes a transition from one energy state to a lower one, emitting an
electromagnetic wave with a certain frequency called resonant frequency. This resonant frequency
is identical in all atoms of the same type. So you can build a clock, which is based on measuring the
frequency of radiation absorbed by a cesium atom going from a lower energy state to a higher one.
For this reason, it is possible to use a cesium atom as a gauge for the measurement of time. Such
clocks have an extraordinary precision.
INTRODUCCION
la Tierra. Poco después del final de la
Segunda Guerra Mundial, se desarrolló el
La medición del tiempo estuvo durante
primer reloj atómico. Los relojes basados en
mucho tiempo determinada por la rotación de
el
átomo
de
cesio
resultaron
extremadamente
precisos,
contando
el

tiempo con un error inferior a un segundo por
cada tres mil años. Debido a su altísima
Los primeros relojes de pulsera con cuerda
automática aparecieron en 1924.

precisión, en 1967 se adoptó la definición
El reloj eléctrico fue perfeccionado por el
escocés Alexander Bain en 1840.
actual de segundo, unidad de tiempo en el
Sistema Internacional de Unidades, basada

El reloj de combustión fue un invento usado
en los relojes atómicos donde se definió un
por los bizantinos para medir el tiempo
segundo como el tiempo en que tarda un
según la velocidad de combustión de las
átomo de cesio 133 vibrar 9.192.631.770
varas de incienso.
veces en un estado y condiciones estándar

(frecuencia de resonancia).
El reloj de pesas es atribuido a Gerbert
d'Aurillac (Aprox. 938-1003), que fuera el
Papa Silvestre II en 999.
EVOLUCIÓN DE LA MEDIDA DEL TIEMPO

El reloj de péndulo fue creado en 1657, por
La necesidad del hombre de controlar varios
el astrónomo holandés Christiaan Huygens
aspectos de su cotidianidad, le llevaron a la
(1629-1695).
creación de algunos indicios de las medidas

del tiempo, un ejemplo claro de esto era el
El primer reloj portátil de resorte lo hizo en
1410, el arquitecto florentino Brunelleschi
control de los cultivos por métodos
(1377 - 1446). Se inicia el uso de los relojes
climáticos, así a través del tiempo el hombre
de péndulo particulares.
conllevando su evolución trajo el desarrollo
de los Relojes a lo largo del tiempo:


Esclangon, quien hizo una demostración al
La clepsidra apareció unos 3000 años antes
público el 14 de febrero de 1933. En 1987,
de Cristo, entre los egipcios.



Un reloj que habla fue inventado por Ernst
la Empresa Cítizen inventó otro reloj que
El primer cuadrante solar: Según algunos
habla, y memoriza órdenes que tiene
investigadores, fue inventado en el siglo VI
incorporadas, como son número de tarjeta
antes de Cristo, por el griego Anaximandro
de crédito, de cuenta bancaria, de teléfonos,
de Mileto. Aunque otros sostienen que fue
etc. Responde a la voz de su propietario y
inventado por los chinos y los egipcios.
es llamado Voice-Master VX-2
El reloj de Bolsillo: En 1842 el suizo Philippe

El reloj con diapasón: el diapasón como
construye un reloj de bolsillo al que se le
resonador de un reloj fue usado por primera
puede dar cuerda y accionar las agujas.
vez en 1866, por el relojero francés Louis
La cuerda automática de los relojes de
sacudida o de masa fue inventada en 1775
por el relojero francés Perrelet.
Breguet (1804-1883). En 1954 el ingeniero
suizo Hetzel inventa el primer reloj de
pulsera eléctrico de diapasón. En los relojes
de cuarzo, el diapasón es de dicho material.

El reloj de cuarzo aparece en sus primeras
estas enfermedades a médicos y personal
manifestaciones en 1920; pero recién en
de primeros auxilios. El reloj SEMA es
1929, el relojero norteamericano Warren
especial, aunque también marca la hora.
Alvin Marrison creó un reloj que funcionaba
Tiene informaciones esenciales inscriptas
con un resonador de cuarzo.
en el reverso de la caja.
Los relojes de cuarzo fueron desarrollados
por Lip pero la comercialización la realizó a
RELOJ DE CESIO
partir de 1969 la firma Seiko.
En 1988 la empresa Seiko suprime la pila
en los relojes de cuarzo y es remplazada
por una dínamo pequeñita que produce la
energía que el reloj consume.
Mientras el reloj mecánico depende de un
péndulo para funcionar, el atómico trabaja
con la frecuencia de las transiciones
energéticas hiperfinas (en rangos de
las microondas) en los átomos.

El reloj atómico: Los principios en que se
basa el reloj atómico fueron enunciados en
1948 por químico norteamericano, Premio
Nóbel de Química en 1960, William F. Libby
(1908-1980).
En un extremo del reloj de cesio hay un
horno con una placa de cesio del que se
evaporan iones de este metal. Los iones se
presentan en dos estados dependientes
del spin del último electrón del cesio. La
diferencia de energía entre estos dos estados
corresponde a una frecuencia de
9.192.631.770 Hz. En cada estado, los iones
tienen propiedades magnéticas diferentes.
Tras la evaporación, se utiliza un imán para
separar los iones y descartar aquellos con
mayor energía. Los iones con menor energía
van a parar a una cámara.
Ilustración 1: Primer reloj atómico

El reloj SEMA o reloj de urgencia fue
inventado por dos jóvenes de 23 años, en
1988. Ellos son Nathalie Harrault y Philippe
Pasquier. En la actualidad este reloj SEMA
sirve para cardiacos, diabéticos
insulinodependientes, hemofílicos y
enfermos que son tratados con
Ilustración 2: Reloj atómico de Cesio
anticoagulantes. Da la posibilidad de actuar
El verdadero reloj es un oscilador
rápidamente en los casos de urgencias de
electrónico que genera pulsos de una
frecuencia que puede ajustarse. Esta
conveniencia
de
frecuencia se ajusta a la de la transición
medición del tiempo que tenga, a la vez, las
hiperfina del cesio por el siguiente proceso
ventajas del tiempo atómico pero conserve la
de realimentación. Un radio emisor de
referencia de la rotación de la Tierra se creó
microondas llena la cavidad de la cámara de
en 1972 el Tiempo Universal Coordenado
forma uniforme con ondas radioeléctricas con
(UTC). En éste, la duración del segundo es
la frecuencia del oscilador electrónico.
establecido por los relojes atómicos, pero los
Cuando la frecuencia de la onda radiada se
días están determinados por la rotación
acopla con la frecuencia de la transición
terrestre. Las señales de los relojes que,
hiperfina del cesio, los iones de cesio
oficialmente
absorben la radiación y emiten luz. Una
Coordenado, son determinadas por la oficina
célula fotoeléctrica es sensible a la luz
internacional de pesas y medidas de París.
llevan
tener
el
un
sistema
Tiempo
de
Universal
emitida y está conectada al oscilador
electrónico mediante instrumentación
Bibliografía
electrónica.
El fotón, similar a una onda, oscila como un
péndulo de un reloj antiguo. La luz que es
visible a nuestros ojos (y también las ondas
de radio, luz infrarroja, rayos ultravioleta,
rayos X y rayos gama; a todo este conjunto
de tipo de ondas se le conoce como
el espectro
electromagnético)
está
constituida por fotones, y lo que distingue a
un tipo de "luz" es que tanta energía tienen
esos fotones o equivalentemente con que
frecuencia vibran. Así, cuando un fotón de
microondas
ha
oscilado
exactamente
9.192.631.770 veces (por decreto de la
Decimotercera
Conferencia
General
de
Pesos y Medidas de 1967) un "segundo
atómico" ha transcurrido.
A partir de esta definición de segundo,
apareció
el
llamado
Tiempo
Atómico
Internacional (TAI), basado en el tiempo
promedio de, aproximadamente, 150 relojes
atómicos situados en 30 países. Dada la
Asistencia Tecnica de Comercio .
http://www.asistenciatecnicaalcomercio.gov
.co/seccion.php?id=1&id2=151.
El Colombiano.
http://www.elcolombiano.com/BancoConoci
miento/E/en_enero_de_2012_inicia_el_insti
tuto_de_metrologia/en_enero_de_2012_inic
ia_el_instituto_de_metrologia.asp.
Gremio de joyeros y relojeros de Madrid.
http://www.gremiomadrid.org/index.php?o
ption=com_content&view=article&id=2577&
Itemid=277.
NASA.
http://www.nasa.gov/mission_pages/tdm/cl
ock/clock_overview.html.