Un Reloj Atómico en Miniatura

l invento ha sido descrito en el número del 30 de agosto de la revista Applied Physics Letters. Las entrañas del reloj tienen el tamaño de un grano de arroz (1,5 mm de lado y 4 mm de alto), consumen menos de 75 milésimas de vatio (permitiendo su operación con baterías) y son tan estables que ganan o pierden un solo segundo cada 300 años.

Lo interesante del dispositivo es que puede ser fabricado y ensamblado en obleas de semiconductor, utilizando las mismas técnicas que se emplean para construir sistemas micro-electro-mecánicos (MEMS). Tiene pues el potencial de ser producido en masa y a bajo coste, creando un reloj atómico del tamaño de un chip de ordenador que puede integrarse fácilmente con otros aparatos electrónicos. Junto al núcleo del reloj se integrará un oscilador externo y un circuito de control, obteniéndose un reloj acabado que ocupará sólo 1 cm cúbico.

Dado que su consumo eléctrico es tan bajo, puede ser alimentado con baterías convencionales. Ello permitirá su incorporación a teléfonos móviles y otros sistemas portátiles manuales, explica John Kitching, investigador principal en el proyecto.

Actualmente, el mini-reloj atómico es comparable en tamaño y estabilidad a largo plazo a los osciladores de cristal de cuarzo utilizados hoy en día en los aparatos portátiles. Pero los científicos del NIST esperan mejorar esta estabilidad a largo plazo y reducir aún más su consumo eléctrico, hasta el punto que mejore sustancialmente el rendimiento de muchos sistemas comerciales y militares que requieren una gran precisión en la medida del tiempo.

Los relojes atómicos habían sido tradicionalmente muy grandes, hasta dos metros de alto, consumían mucha energía y eran muy caros de construir, por eso el mini-reloj es todo un avance.

El nuevo reloj mide el tiempo a partir de las vibraciones naturales de los átomos de cesio (9.200 millones de "tics" por segundo), pero emplea un diseño diferente que sus antecesores. En él, el vapor de cesio está confinado en una célula hermética y es sondeado con luz procedente de un láser infrarrojo igualmente pequeño, que genera dos campos electromagnéticos. La diferencia en frecuencia de estos dos campos es ajustada hasta que iguala la diferencia entre dos niveles de energía de los átomos. Los átomos entran entonces en un "estado oscuro" en el que dejan de absorber y emitir luz; este punto define la frecuencia natural de resonancia del cesio. Un oscilador externo, como el cristal de cuarzo empleado por los relojes de pulsera, puede ser entonces estabilizado según este estándar.

Información adicional en: NIST