Ilustración artística de cómo se debería ver la estación espacial china una vez que se termine. Crédito: China Space Daily

Físicos chinos logran que un reloj atómico frío funcione en el espacio

31-07-2018

Y por 15 largos meses…

Por: Luis Moctezuma

 

Hace unos meses se anunciaba que la estación espacial china Tiangong 1 caería definitivamente sobre la Tierra. Con esto se terminaba un ciclo de investigación en el espacio, pero ya avanzaba el siguiente. Su sucesora: Tiangong 2, estaba en órbita y activa desde tiempo atrás. A bordo de este segundo “palacio celestial” se probó un reloj de alta precisión cuyos resultados ya fueron publicados en la revista Nature Communications.

Medir el tiempo con átomos

Los relojes atómicos son una realidad desde hace tiempo. Se les reconoce por los grandes niveles de precisión que alcanzan; sin embargo, mantener el entorno ideal para que estos funcionen no es una tarea fácil. Una de las condiciones importantes para su funcionamiento óptimo es la temperatura en las partículas sobre las que se mide. Los relojes atómicos tradicionales trabajan con átomos calientes, pero aunque sea casi imperceptible, son menos precisos que aquellos que lo hacen con átomos fríos.

Los relojes atómicos fríos, que funcionan mediante el enfriamiento por láser hasta cerca del cero absoluto antes de medir sus oscilaciones, pueden ser más precisos, porque a temperaturas muy bajas, estos "tics" son más consistentes. Pero en realidad obtener átomos a esas temperaturas es muy difícil en la Tierra.

            Las pruebas de relojes atómicos fríos en la Tierra se hacen bajo condiciones controladas. Espacios como torres de caída o antenas parabólicas ofrecen un rango de microgravedad de unos cuantos segundos y otros como los cohetes sónicos permiten mantener estas condiciones por algunos minutos. Sin embargo, no pasa de ser un fragmento breve que permite al reloj funcionar a la perfección, y aún cuando son precisos se registran ligeras alteraciones.

            El lugar ideal para probar este tipo de relojes sin perder las condiciones fue el espacio. Junto con la estación espacial Tiangong 2 se lanzó el equipo que haría funcionar el reloj atómico en el espacio. Aunque parezca sencillo dejar un paquete para que se active junto con el resto de la estación espacial, el asunto es más complicado de lo que parece a simple vista.

Ajustar un reloj a distancia

Aún cuando se trata de una práctica casi olvidada, ajustar la hora manualmente era una actividad que requería exactitud. Si la perilla no se giraba correctamente el mecanismo no avanzaría de la forma correcta y ese sigue siendo un  reto aún en la era espacial. Sobre la estratósfera los ajustes son más complicados.

            El tamaño del dispositivo fue el primer reto. Los instrumentos para que el reloj funcione correctamente debían entrar en la estación espacial junto con el resto de los aparatos que funcionarían durante la misión. A diferencia de los relojes atómicos en tierra, el que viajó dentro del “palacio celestial 2” debía ser compacto y llevar únicamente lo indispensable, con esto aparece la segunda limitación.

            Antes del despegue debía funcionar perfectamente. Las condiciones del espacio presentaban distintos retos para controlar el funcionamiento de este reloj. Para su lanzamiento, junto con la estación espacial, debió pasar satisfactoriamente todas las pruebas de compatibilidad mecánica, térmica y electromagnética para las misiones espaciales.

            La última gran limitante para este reloj fue que allá arriba estaría solo. Si aparecía algún fallo o se requería un ajuste sería imposible hacerlo porque la estación espacial en la que viajo no lleva tripulantes. Todo su funcionamiento debía ser automatizado sin necesidad de técnicos que lo arreglaran. Y a pesar de todo eso funcionó.

Las pruebas del reloj atómico frío

Durante 15 meses se realizaron pruebas con este reloj espacial. En ellos se le dio seguimiento a distancia y al parecer todo funcionó como debía. Se consiguió una frecuencia de estabilidad cercana a  3.0 × 10−13τ−1/2, esto lo convierte en un reloj sumamente preciso.

Para su funcionamiento se utilizó un láser que enfriaba los átomos. Después de enfriarse, los átomos pasaban a un campo de microondas donde eran examinados con el método Ramsey. Este se considera uno de los mayores logros de la investigación ya que ayudará a periodos mucho más largos en los que sea indispensable una medición exacta del tiempo.

Los resultados de esta investigación ayudarán en un futuro al desarrollo de otras tecnologías. Entre las que vislumbran los participantes están: interferometría con átomos fríos, relojes ópticos, sensores de átomos fríos y algunas técnicas que se usaron para su desarrollo. Antiguamente los seres humanos miraban al cielo para calcular el tiempo, según parece a partir de ahora retomaremos esa costumbre.

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