Como lo menciona WhatRoughBeast, el cesio ofrece varias ventajas sobre otros estándares de microondas. Su característica más importante es la presencia de una transición atómica con un ancho de línea muy pequeño. Esto permite que la energía de esta transición se establezca con mucha precisión (consulte el principio de incertidumbre).
Sin embargo, el cesio no es el único átomo con una transición estrecha. Por ejemplo, los iones Yb + tienen una transición octupolar de nHz de ancho: un átomo excitado a este estado duraría varios años antes de decaer. Esto, en principio, permitiría determinar extremadamente bien la frecuencia de la transición.
Entonces, ¿por qué los relojes atómicos solo usan cesio? Bueno ...
No lo hacen
El segundo moderno se define en términos de la transición hiperfina de Cs, por lo que, por supuesto, ningún otro reloj puede ser tan precisa como cesio, puramente por definición. Pero en el campo de los relojes atómicos, la palabra "exacto" adquiere un significado específico.
Con frecuencia en física, nos referimos a la exactitud y precisión. La exactitud de algo es qué tan bien concuerda su promedio con el valor "correcto", mientras que la precisión es la dispersión de los resultados. Vea la imagen a continuación.
Para relojes atómicos, las cantidades relevantes son precisión y estabilidad. Aquí, la precisión se refiere a qué tan bien el reloj realiza el segundo SI y la estabilidad se refiere a qué tan rápido lo hace. La (in) estabilidad de un reloj se produce porque todas las mediciones tienen algo de ruido estadístico: solo después de muchas mediciones obtienes la respuesta correcta, y la estabilidad te dice cuántas mediciones necesitas realizar. .
Representaciones secundarias del segundo SI
Entonces, si el segundo está definido por cesio, ¿por qué dije que no todos los relojes lo usan?
El Comite International des Poids et Mesures (CIPM) en 2012 adoptó 8 representaciones secundarias del segundo SI. 7 de ellos son relojes ópticos que ofrecen muchas ventajas sobre una fuente de cesio (conocida como estándar de microondas).
Para saber qué tan bueno es un reloj, debes compararlo con otro reloj, de lo contrario, ¡no tienes referencia! Las mejores fuentes de cesio modernas concuerdan entre sí en aproximadamente $ \ frac {\ Delta \ nu} {\ nu} \ approx 10 ^ {- 16} $. Los relojes atómicos ópticos modernos, como los relojes de iones de iterbio o los relojes de celosía de estroncio, pueden mostrar acuerdos que se acercan a $ \ frac {\ Delta \ nu} {\ nu} \ approx 10 ^ {- 18} $: ¡eso es 100 veces mejor! Además, los relojes ópticos siguen mejorando rápidamente. Parece que, muy pronto, los mejores relojes ópticos superarán a los relojes de microondas en muchos órdenes de magnitud. Consulte este artículo de Nature para obtener más información.
Estos relojes funcionan mediante el uso de transiciones que utilizan frecuencias visibles , a diferencia de las frecuencias de microondas utilizadas en los relojes Cs. Entonces, aunque Cs sigue siendo la definición del segundo, los relojes ópticos modernos ofrecen un rendimiento mucho mejor y se espera que pronto reemplacen al cesio como estándar.
El siguiente gráfico muestra el rendimiento de los relojes atómicos a lo largo del tiempo. Los puntos rojos representan los puntos en los que los relojes ópticos funcionan mejor que los relojes de cesio. Es importante notar que las fuentes de cesio han experimentado mejoras de 5 órdenes de magnitud en los últimos 40 años: ¡no es poca cosa!
