¿Quién decide la duración de un segundo? (Version Texto y Audio)

En 1967, investigadores de todo el mundo se reunieron para responder una pregunta científica de larga data: ¿Cuánto tiempo es un segundo? Podría parecer obvio. Un segundo es el tictac del reloj, la oscilación de un péndulo, el tiempo que nos toma contar hasta uno. Pero ¿qué tan precisas son estas mediciones? ¿En qué se basa la duración? Y ¿cómo podemos definir científicamente esta importante unidad de medida?

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Durante la historia de la humanidad, las civilizaciones antiguas midieron el tiempo con singulares calendarios que monitoreaban el avance de la noche. De hecho, el segundo no fue implementado hasta finales del s. XVI, cuando se propaga el calendario gregoriano a lo largo del mundo junto con el colonialismo británico. El calendario gregoriano definía un día como una revolución de la Tierra sobre su eje. Cada día podía ser dividido en 24 horas, cada hora en 60 minutos, y cada minuto en 60 segundos. Sin embargo, cuando de definió por primera vez el segundo, más que una unidad de tiempo útil, era una idea matemática. Calcular días y horas era suficiente para las actividades de comunidades pastoriles. No fue hasta que la sociedad se interconectó con rápidos ferrocarriles que las ciudades necesitaron acordar en la hora exacta. Para 1950, numerosos sistemas globales requirieron que cada segundo fuera contabilizado con la mayor precisión posible. Y ¿qué podría ser más preciso que la escala atómica?

Ya en 1995, investigadores comenzaron a desarrollar relojes atómicos, los cuales dependían de las inmutables leyes de la física para establecer una nueva base para el cronometraje. Un átomo consta de electrones cargados negativamente orbitando un núcleo cargado positivamente a una frecuencia constante. Las leyes de la mecánica cuántica mantienen a los electrones en su lugar, pero si expones un átomo a un campo electromagnético como la luz o las ondas de radio, puedes alterar levemente la orientación de un electrón. Y si ajustas brevemente un electrón a la frecuencia correcta, puedes crear una vibración similar al tictac de un péndulo.

Mientras los péndulos pierden energía, los electrones se mueven por siglos. Para mantener la consistencia y medir con más facilidad los tictac, los investigadores vaporizan los átomos, y los dejan en un estado menos interactivo y volátil. Pero este proceso no ralentiza el rápido movimiento del átomo. Algunos átomos pueden oscilar más de 9000 millones de veces por segundo, entregando a los relojes atómicos una resolución inédita para medir el tiempo. Y ya que cada átomo de un determinado isótopo elemental es idéntico, dos investigadores utilizando el mismo elemento y la misma onda electromagnética deberían producir relojes perfectamente consistentes.

Pero antes de que el cronometraje pudiera ser completamente atómico, los países debían decidir que átomo funcionaría mejor.Esto se discutía en 1967, durante la Decimotercera Conferencia General del Comité Internacional de Pesos y Medidas. Hay 118 elementos en la tabla periódica, cada uno con propiedades únicas.Para esta tarea, los investigadores buscaban varias cosas. El elemento debía tener una oscilación de electrones de alta frecuencia y larga duración para un cronometraje preciso y duradero. Para monitorear fácilmente esta oscilación, también debía tener un espín cuántico medible, es decir, la orientación del eje sobre el cual gira el electrón, como también una estructura de niveles de energía simple; es decir, los electrones activos son pocos y su estado fácil de identificar. Finalmente, necesitaba ser fácil de vaporizar.

¿El átomo ganador? Cesio-133. El cesio ya era un elemento popular para la investigación de relojes atómicos, y para 1968, algunos relojes de cesio ya se encontraban disponibles en el comercio. Solo faltaba era determinar cuántos tictac de un átomo de cesio hay en un segundo. La conferencia utilizó la medida astronómica más precisa disponible en ese momento para un segundo comenzando con el número de días en un año y dividiéndolo. Comparado con el tictac de un átomo, los resultados definieron formalmente un segundo como exactamente 9 mil millones 192 millones 631 mil 770 tictacs de un átomo de cesio-133. [9 192 631 770]

Hoy, se usan relojes atómicos en todo el mundo… y más allá. Desde transmisores de señales de radio hasta satélites para sistemas de posicionamiento global, estos dispositivos han sido sincronizados para ayudarnos a mantener un tiempo consistente globalmente, con una precisión incomparable.