Este reloj es tan preciso que tendremos que redefinir lo que es un segundo

Un reloj de lutecio en Singapur fallaría un solo segundo en 300.000 millones de años, cuatro veces más exacto que el récord anterior

La definición de un segundo no ha cambiado desde 1967. En ese año, la XVII Conferencia General de Pesas y Medidas la ancló en las oscilaciones de un átomo de cesio-133, que vibra exactamente 9.192.631.770 veces en ese tiempo. El patrón ha funcionado durante casi seis décadas, aunque la ciencia lleva años fabricando relojes tan exactos que el cesio ha quedado obsoleto como referencia. El equipo del físico Murray Barrett, del Centro de Tecnologías Cuánticas de la Universidad Nacional de Singapur, acaba de publicar en Nature el reloj que podría reescribir esa historia.

La medida más exacta del tiempo con 19 decimales

Los investigadores construyeron dos relojes independientes basados en iones de lutecio-176 (¹⁷⁶Lu⁺), un metal de las tierras raras. Cada reloj alcanza una exactitud de 1 × 10⁻¹⁹. La edad del universo es de 13.800 millones de años; el reloj habría tardado más de veinte veces esa cifra en desviarse un solo segundo. Los relojes ópticos más precisos hasta ahora, basados en iterbio y estroncio, alcanzaban una exactitud de 4,4 × 10⁻¹⁹. El de lutecio los supera en cuatro veces.

Por qué el lutecio supera al estroncio y al cesio

El lutecio brilla tanto por sus cifras como por sus propiedades físicas. Los relojes ópticos anteriores son muy sensibles a la temperatura del entorno, a los campos magnéticos y a la luz parásita, factores que introducen pequeñas desviaciones en la medida. El lutecio es mucho menos susceptible a estas perturbaciones. La estructura electrónica de este elemento lo hace especialmente resistente al ruido externo. Según los investigadores, el reloj mantendría su exactitud desde el calor del Valle de la Muerte hasta el frío antártico, sin perder precisión apreciable. Esta robustez es fundamental para que un reloj pueda compararse con otros en laboratorios de todo el mundo, un requisito imprescindible para que sirva como patrón internacional.

Verificar la precisión es tan difícil como alcanzarla

Un reloj muy preciso no sirve de nada si no puede demostrar que lo es. Para ello, el equipo construyó los dos relojes de lutecio en el mismo laboratorio y los comparó durante 200 horas. Los dos aparatos coincidieron hasta el dígito decimonoveno, con una discrepancia de solo 5,7 × 10⁻¹⁹. Es la comparación más exacta realizada jamás entre dos relojes. Esta comprobación directa es precisamente el tipo de evidencia que necesitan los organismos internacionales de metrología para validar un nuevo patrón de tiempo, pues las declaraciones de exactitud sin verificación cruzada no tienen peso científico suficiente.

Lo que falta para redefinir el segundo

La Conferencia General de Pesas y Medidas ha marcado 2030 como horizonte para proponer una nueva definición del segundo basada en relojes ópticos. Para llegar allí se necesitan al menos tres relojes del mismo tipo en distintos laboratorios del mundo con precisión y estabilidad suficientes. El trabajo de Barrett y sus colegas se suma a los avances recientes en relojes de estroncio en China y en laboratorios europeos y norteamericanos, acumulando la evidencia que ese salto requiere.

La nueva definición dejará intacta la duración del segundo en el calendario; cambiará únicamente su anclaje físico, con consecuencias prácticas en la navegación por satélite, las comunicaciones de alta frecuencia y la búsqueda de variaciones en las constantes fundamentales de la física.

El lutecio no era la elección obvia para batir el récord. Los laboratorios de metrología de medio mundo llevan décadas trabajando con estroncio e iterbio. El equipo de Singapur eligió un camino distinto y obtuvo un resultado que nadie en el campo anticipaba con tanta rapidez. El reloj más exacto del mundo mide ahora un tiempo casi inimaginable, aunque el verdadero objetivo es mucho más concreto y cercano. Se trata de fijar de una vez la medida del segundo para la próxima generación de tecnología.

REFERENCIA

• Lu+ optical frequency references with accuracy verified at the 19th digit

Foto: Un reloj atómico óptico de red de estroncio. Los relojes atómicos ópticos ultraprecisos podrían redefinir la unidad más fundamental del tiempo en la próxima década
(Crédito de la imagen: El grupo de Ye y Brad Baxley, JILA)

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