Ahora que sabemos gracias a nuestro artículo anterior lo que es un reloj atómico, veremos como es uno de los más usado de los tres comentados antes. Los átomos tienen frecuencias de oscilación muy características. Posiblemente la frecuencia más familiar es el brillo naranja que contiene el sodio si es lanzado a una llama. Un átomo tiene muchas frecuencias, algunas en una longitud de onda de radio, algunas en el espectro visible, y otras entre las dos anteriores.
El elemento más comúnmente usado en los relojes atómicos es el cesio. Para refrescar nuestra memoria un poco, debemos recordar que un reloj atómico es un reloj de precisión que depende para poder operar en un oscilador eléctrico regulado por las frecuencias de vibración naturales de un sistema atómico (como un rayo de átomos de cesio). Como ya se ha comentado, el átomo es la partícula mas pequeña de un elemento que puede existir por si mismo o en una combinación; el átomos es considerado como una fuente de una increíble energía potencial.
El cesio y en particular el cesio 133 (es el que se usa en los relojes atómicos) es un isótopo que se usa para conseguir un tiempo estándar. En este entorno, se usa un término llamado segundo SI, que es el intervalo de tiempo para completar un gigantesco número de oscilaciones en el cesio expuesto a una excitación correcta.
Para convertir la resonancia del cesio atómico en un reloj, es necesario medir una de sus transiciones o frecuencias de resonancia de una forma muy precisa. Esto es normalmente realizado al bloquear un oscilador de cristal a la resonancia de microondas de un átomo de cesio. Esta señal está en el rango de la microondas del espectro de radio, y está en la misma clase de frecuencia que las difusiones directas de las señales de satélite.
Los ingenieros especializados saben como construir el equipamiento en esta área con un gran detalle. Para crear un reloj, el cesio es primero calentado para que los átomos hiervan y pasen por un tubo que está al vació.
Lo primero que hacen es pasar por un campo magnético que seleccionar los átomos que están en el estado ideal de energía. Entonces pasan a través de un intenso campo de microondas. Este campo hace un barrido hacia delante y atrás dentro de un estrecho rango de frecuencias, por lo que en un punto dado en cada ciclo cruza la frecuencia del enorme campo de microondas comentado antes.
El generador de los microondas está cerca de esta exacta frecuencia ya que viene de un oscilador de cristal muy preciso. Cuando un átomo de cesio recibe la energía del microondas, cambia el estado de energía.
Al final del tubo, otro campo magnético separa los átomos que han cambiado su estado de energía si el campo de microondas estaba exactamente en la misma frecuencia. Un detector al final del tubo nos da una salida proporcional al número de átomos de cesio que están colisionando con el, y por tanto llega al límite máximo cuando la frecuencia es la correcta.
Este tope es entonces usado para hacer la corrección necesaria para poner el cristal de oscilación y el campo de microondas exactamente en frecuencia. Esta frecuencia bloqueada es entonces dividida por el enorme número comentado antes requerido en el mundo real. ¿De donde salió todo esto de los relojes atómicos?
En los años 40, la universidad de Colombia sugirió que un reloj podría hacerse partiendo de una técnica que uno de sus profesores había desarrollado (Isidor Rabi) en los años treinta y que se llamaba rayo magnético atómico de resonancia. A finales de la década de los cuarenta el instituto de estándares y tecnologías (actualmente llamado NIST) anunció al mundo el primer reloj atómico usando la molécula del amoniaco como fuente de las vibraciones.
En los años cincuenta se anunció la aparición del primero reloj atómico de cesio con origen de la vibración. En esta misma década y solo unos años después el laboratorio de física nacional en Inglaterra construyó el primer reloj con rayo de cesio usado como fuente de calibración.
