Midiendo el tiempo con el reloj atómico

Un poco de historia de la medición del tiempo

La medición de tiempo es seguramente la actividad de medición más antigua en la historia de la humanidad. En los primeros años del ser humano, su supervivencia dependió de alguna manera, del conocimiento del inicio de los ciclos de lluvia, sequía, frío y calor.

El movimiento de traslación de la Tierra alrededor del Sol fue utilizado para medir el tiempo. Aún con diversas limitaciones sobre el conocimiento del movimiento de los astros, el método de medición astronómico dio origen a los calendarios precursores de nuestro calendario gregoriano.

En América los años se determinaban en el Calendario Azteca a partir de cuatro signos: los años Casa (Calli Xihuitl) comienzan a media noche, los años Conejo (Tochtli Xihuitl) comienzan al amanecer, los años Carrizo (Acatl Xihuitl) comienzan al medio día y los años Pedernal (Tecpatl Xihuitl) inician al caer la tarde.

En Europa, hacia el siglo VII a.C., en el naciente imperio romano se introdujo un calendario que tenía 10 meses con 304 días, cuyo principio de un año iniciaba en marzo. Enero y febrero fueron introducidos posteriormente. Debido a que los meses tenían 29 o 30 días, era necesario intercalar un mes adicional cada dos años. El calendario romano se hizo confuso enormemente cuando los funcionarios responsables de realizar las modificaciones al calendario, abusaron de su autoridad para prolongar sus cargos o para adelantar o retrasar fechas importantes.

Otro calendario que es importante mencionar es el de Francia, el cual tenía meses de tres semanas, semanas de 10 días, días de 10 horas, horas de 100 minutos y minutos de 100 segundos. Este calendario se mantuvo por 13 años hasta que Napoleón implantó el calendario gregoriano.

En 1875 se reunieron representantes de varios países en París, Francia, para firmar el Tratado del Metro, que es un acuerdo diplomático mediante el cual se estableció el sistema métrico decimal como el único sistema de medición de aplicación internacional. México se unió a este Tratado el 30 de diciembre de 1890. En dicho sistema de medición se establece el segundo como la unidad de medición de tiempo.

El Tiempo Universal Coordinado (UTC) es la zona horaria de referencia, respecto a la cual se calculan todas las otras zonas del mundo y es una escala de tiempo que se obtiene mediante un algoritmo matemático que contiene mediciones de cientos de relojes atómicos y se utiliza para ajustar todos los relojes que usamos cotidianamente.

A inicios de la década de los 70s se establecieron el Tiempo Atómico Internacional, TAI y la escala de Tiempo Universal Coordinado, UTC. Esta última es usada como referencia para el establecimiento de los husos horarios a nivel internacional. A los experimentos de medición que reproducen el segundo de acuerdo con la definición de la unidad de tiempo de 1967, se les suele llamar relojes atómicos.

Los relojes atómicos

En los 70s, los primeros relojes atómicos permitían que la unidad de tiempo fuera realizada experimentalmente con una incertidumbre de medición del orden de algunas partes en 10¹³; en los 80s la incertidumbre de medición disminuyó a algunas partes en 10¹⁴; para la década de los 90s la incertidumbre de medición en la realización experimental del segundo se había reducido al nivel de partes en 10¹⁵.

En la primera década del siglo XXI se desarrollaron las técnicas de manipulación de átomos con luz, mejorándose la capacidad de medición en algunas partes en 10¹⁶. Con esta tendencia, se espera que en 20 años la realización de la unidad de tiempo tendrá una incertidumbre de medición cercana a algunas partes en 10¹⁸.

Con el objeto de disminuir la incertidumbre del patrón nacional de tiempo, el CENAM realiza un proyecto para la construcción de un reloj atómico, utilizando técnicas de enfriamiento de átomos de cesio por luz láser de 852 nm, en el cual se estima conseguir una incertidumbre relativa del orden de 1×10¹⁵

Con el uso de relojes atómicos es posible medir la duración del año astronómico con muy alta exactitud. Si se considera que un año es el intervalo de tiempo que necesita la Tierra para completar una vuelta alrededor del Sol, no hay razón suficiente para que el año se cumpla estrictamente los días 31 de diciembre a las 12 de la noche, sino que es posible que un año astronómico se complete un poco antes o poco después de la medianoche de los días 31 de diciembre.

Con el apoyo de relojes atómicos situados en diversos laboratorios de metrología en todo el mundo, la comunidad científica internacional puede corregir la duración del año agregando un segundo bisiesto en años determinados. En nuestro país este reloj está ubicado en el Centro Nacional de Metrología (CENAM).