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Francis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetreloj atómico átomo de sesiosegundo definido transición cesiotransición estructura fina electron cesiotransición del spin cesiofotón átomo de cesiofluctuación campo eléctricodefinición del segundoHéctor SocasFrancis Villatoroefecto Dopplercesio-137Sudamérica10 a la 5 electronvoltios10 a la 20 hercioscesio-133
Transición estructura fina Electrón cesio
Con
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Héctor Socas explica cómo se define actualmente el segundo utilizando un reloj atómico basado en la transición del spin de un electrón en un átomo de cesio.
…puedo contar un poco lo que es el, a mí me parece interesante. Estuve repasando estas cosas: el reloj atómico y las cavidades resonantes, que es la tecnología que entra aquí y son al final tecnologías cuánticas; esto a Juan Carlos seguro que le molaría mucho. Como reloj atómico lo habitual es utilizar un átomo de sesio; de hecho es como se define el segundo, o sea el segundo hoy en día. Lo definimos a partir de la transición, una transición de estructura fina, quiere decir que cambia el spin de un electrón, en un átomo de cesio. Esa transición ocurre con una energía o una frecuencia de 9,1 gigahercios. Quiere decir que cuando emite un fotón, ese átomo de cesio por esa transición, emite una fluctuación del campo eléctrico que varía 9000 millones de veces por segundo. Entonces así es como definimos nosotros el segundo: hacemos esa transición en un átomo de cesio, empezamos a contar cuántas veces fluctúa y cuando llega a 9000 millones o 9100 millones, lo que sea, todas esas fluctuaciones, eso es un segundo; esa es nuestra definición de segundo. Por cierto, Héctor, es el sesio 137, que es un isótopo que no es el isótopo más habitual del sesio, ¿no? Cuando pensamos en decimos en la tabla periódica el sesio, no pensamos en el sesio 137. ¿Qué radioactivo? Sí, se busca que sea, o sea, el normal es el 133, creo, se…
Significado #1 · Palabras #1
Héctor Socas explica que si un campo de materia oscura no interactuara con otros campos, su oscilación se mantendría pura y coherente.
Habla: Héctor SocasPalabras #14masa del electrón y 10 a la 20 herciososcilación del campo de materia oscurafrecuencia de oscilación indetectableoscilación pura campo materia oscuraacoplamiento campo electron oscilación constantesmasa del electrón constante estructura finaconstantes fundamentales medimos experimentos…Son tantos que se rompe la coherencia, no se aprecia una oscilación coherente. Y también por las escalas, porque al ser la masa de las partículas del modelo estándar mucho más alta, pues las oscilaciones son tan rápidas que son indetectables para nosotros. Por ejemplo, hay un numerito aquí que he sacado, la del electrón; el electrón tiene una masa de algo así como 10 a la 5 electronvoltios, la oscilación de ese campo sería de 10 a la 20 hercios. 10 a la 20 hercios, un 1 con 20 ceros detrás, de veces por segundo que oscilaría; eso es indetectable a todas luces pero el campo este de materia oscura. No estaría interactuando con ningún otro campo con lo cual se mantendría puro esa oscilación; se mantendría su coherencia y si tuviera un pequeño acoplamiento, por ejemplo con el campo del electrón, entonces eso generaría también una oscilación en las constantes fundamentales. Constantes como la masa del electrón o la constante de estructura fina, porque al final esas constantes nosotros no las podemos calcular, simplemente las medimos; pero en realidad esas constantes derivan de todas las interacciones entre los campos, entre sí, de todos los acoplamientos entre los campos. Nosotros no sabemos calcular la masa del electrón a partir De todos los campos, pero si hubiera un campo oscuro, ese campo oscuro estaría también incluido en la masa del electrón. Su acoplamiento con el campo del electrón estaría incluido en esa masa; nosotros no podemos saber cuál es su contribución, pero si…
Héctor Socas explica cómo las fluctuaciones de un campo oscuro podrían afectar a la constante de estructura fina, lo que a su vez influiría en los niveles de energía atómicos.
Habla: Héctor SocasPalabras #4constante de estructura fina niveles atómicoscampo oscuro ondulaciones escalas planetariasmasa del electrón fluctuaciones espacialesdistancias de miles kilómetros diferencias atómicasmasa del electrón fluctuacionesrelojes atómicos y láserscavidades ópticas frecuenciascampo oscuro interacción electrón…ese campo oscuro estaría también incluido en la masa del electrón. Su acoplamiento con el campo del electrón estaría incluido en esa masa; nosotros no podemos saber cuál es su contribución, pero si estuviera fluctuando, podría haber fluctuaciones de la Masa del electrón es más, podría haber fluctuaciones de la constante de estructura fina; o sea, la constante de estructura fina es la que controla los niveles atómicos dónde están los niveles de energía de los átomos. Si realmente ese campo oscuro estuviera ondulando como las olas del mar con escalas espaciales de tamaño planetario y escalas de tiempo, no lo he dicho, pero entre segundos y horas querría decir que en escalas entre segundos y horas y en distancias de miles de kilómetros podría haber diferencias entre la estructura de los átomos y en la masa del electrón aquí y en otro sitio a miles de kilómetros de aquí. Entonces esa es la idea de este paper, es intentar buscar fluctuaciones muy pequeñitas en esas constantes En la masa del electrón y en la constante de estructura fina, constantes fundamentales ¿Y cómo se consigue eso? Pues utilizan una técnica que también me parece interesante que se basa en comparar frecuencias entre relojes atómicos y lásers en cavidades ópticas, que ahora les comento lo que es, pero se trata de comparar en diferentes sitios del espacio y del tiempo, ubicaciones a miles de kilómetros o tiempos separados entre segundos y horas, deberías poder ver esas variaciones de ese campo oscuro y cómo interactúa con el campo del electrón. entonces, no sé si no les aburro mucho; puedo contar un poco lo que es el, a mí me parece interesante. Estuve repasando estas cosas: el reloj atómico y las cavidades resonantes, que es la tecnología que entra aquí y son al final tecnologías cuánticas; esto a…
Héctor Socas explica cómo se define actualmente el segundo utilizando un reloj atómico basado en la transición del spin de un electrón en un átomo de cesio.
Habla: Héctor SocasSignificado #1 · Palabras #1reloj atómico átomo de sesiosegundo definido transición cesiotransición estructura fina electron cesiotransición del spin cesiofotón átomo de cesiofluctuación campo eléctricodefinición del segundo…puedo contar un poco lo que es el, a mí me parece interesante. Estuve repasando estas cosas: el reloj atómico y las cavidades resonantes, que es la tecnología que entra aquí y son al final tecnologías cuánticas; esto a Juan Carlos seguro que le molaría mucho. Como reloj atómico lo habitual es utilizar un átomo de sesio; de hecho es como se define el segundo, o sea el segundo hoy en día. Lo definimos a partir de la transición, una transición de estructura fina, quiere decir que cambia el spin de un electrón, en un átomo de cesio. Esa transición ocurre con una energía o una frecuencia de 9,1 gigahercios. Quiere decir que cuando emite un fotón, ese átomo de cesio por esa transición, emite una fluctuación del campo eléctrico que varía 9000 millones de veces por segundo. Entonces así es como definimos nosotros el segundo: hacemos esa transición en un átomo de cesio, empezamos a contar cuántas veces fluctúa y cuando llega a 9000 millones o 9100 millones, lo que sea, todas esas fluctuaciones, eso es un segundo; esa es nuestra definición de segundo. Por cierto, Héctor, es el sesio 137, que es un isótopo que no es el isótopo más habitual del sesio, ¿no? Cuando pensamos en decimos en la tabla periódica el sesio, no pensamos en el sesio 137. ¿Qué radioactivo? Sí, se busca que sea, o sea, el normal es el 133, creo, se…
Héctor Socas explica las razones de la incertidumbre en la medición de la frecuencia del átomo de cesio utilizado en los relojes atómicos.
Habla: Héctor SocasSignificado #6 · Palabras #10frecuencia del átomo de cesiotemperatura afecta medición dopplerrelajes atómicos y temperatura…¿no? Cuando pensamos en decimos en la tabla periódica el sesio, no pensamos en el sesio 137. ¿Qué radioactivo? Sí, se busca que sea, o sea, el normal es el 133, creo, se busca que sea lo más masivo posible, que esté súper enfriado y que esté aislado del Exterior, ¿por qué? Porque esa frecuencia, en promedio es eso que he dicho, pero tiene una cierta barra de error; hay una incertidumbre por varias razones. Primero, si tiene una temperatura, el átomo se va a estar moviendo, entonces cuanto más frío lo tengas mejor para que esté quieto, porque si se mueve por efecto Doppler, esa transición va a cambiar un poquito la frecuencia. También quieres que esté aislado del mundo porque si hay otros átomos, otras fuentes de campo eléctrico magnético, va a perturbar un poco la estructura de niveles del átomo; va a cambiar las energías y entonces la frecuencia no sería igual. Y luego además…
Héctor Socas explica por qué se utiliza el cesio en los relojes atómicos, destacando sus propiedades como átomo pesado y gas noble.
Habla: Héctor SocasSignificado #4cesio átomo pesado relojes atómicosátomos pesados y bajas temperaturasgas noble cesio manipulación sencillaisótopo cesio-137 fabricado artificialmentecesio 133 en la naturalezarelojes atómicos y vida media del cesio 137gas noble cesio-137 no reacciona químicamente…o sea que la energía de un nivel atómico no puede estar definida con total precisión sino que hay una cierta incertidumbre y eso te da una... el mínimo que puedes... o sea, la incertidumbre mínima que la naturaleza te impone al hacer esa medida, ¿no? Pero bueno, cuanto más pesado sea el átomo y cuanto más frío esté, mejor. Y por eso se usa el cesio, que es un átomo muy pesado, bueno, 133 en su estado natural, 137 para estos relojes y además es muy fácil de manipular porque es un gas noble, ¿sí, Francis? Otro detalle, el sesio 137 no existe en la naturaleza; hay que fabricarlo artificialmente. Es un isótopo radioactivo que en la naturaleza prácticamente todo el sesio es 133, ¿vale? Hay trazas del 135, pero el 137 no hay nada, es sintético. Probablemente la vida media es suficientemente larga como para que nuestros relojes atómicos estén dentro de su tiempo de vida nominal. Pero bueno, en cualquier caso, eso no; y además al ser un gas noble no reacciona químicamente, con lo cual no se te estropea, es fácil de manipular, es fácil de trabajar con él, ¿no? Entonces viene... La media mediación del orden de 40 años. El reloj en concreto, un reloj atómico; yo he contado el concepto, pero nadie se puede poner a mirar o oscilar una fluctuación de un fotón 9.000 millones de veces en un segundo. Lo que se hace es otra cosa, es que se…
Héctor Socas explica cómo se utilizan osciladores de microondas para medir el tiempo, comparando el proceso con la sintonización de una radio.
Habla: Héctor SocasSignificado #5osciladores de microondas para medir tiempoátomos de cesio absorben frecuenciaonda sintonizada como radio antiguafotones emitidos por átomos cesio…años. El reloj en concreto, un reloj atómico; yo he contado el concepto, pero nadie se puede poner a mirar o oscilar una fluctuación de un fotón 9.000 millones de veces en un segundo. Lo que se hace es otra cosa, es que se usa un oscilador de microondas. Eso Son frecuencias microondas, que oscila con esa periodicidad, con ese tiempo y genera una onda. Entonces, tú esa onda la pasas por tus átomos de cesio y tu onda no va a coincidir exactamente con la frecuencia del cesio, con lo cual el cesio la ignora, le da igual. Entonces, tú la vas sintonizando, la vas moviendo ahí como la perillita de una radio; esto es una referencia a lo mejor que los jóvenes no van a pillar, pero había que sintonizar la radio, además literalmente en este caso es sintonizar radio también, onda de radio, hasta que llega un momento que pum, resulta que la frecuencia que emite ese oscilador coincide con la de los átomos de cesio que tú tienes en el reloj y entonces esos átomos absorben justo esa frecuencia y luego, cuando se relajan emitiéndola, emiten fotones también. Entonces tú ves esos fotones y dices: ah, esta es la frecuencia a la cual mi reloj resuena. O sea, es buscar la frecuencia a la cual el reloj resuena con lo que tú estás enviando. Si me permites un detalle histórico para los viejunos, originalmente era una…
Héctor Socas reflexiona sobre el desafío de comparar referencias temporales diferentes en distintos lugares, planteando una aparente paradoja lógica.
Habla: Héctor SocasPalabras #6átomo de cesio y oscilacionestransición del átomo de cesiocampo eléctrico en cesiosegundo como referencia temporalrelojes atómicos usan fotonescesio frecuencia exactaconstante estructura fina afecta resonanciainterferometría medidas diferenciales precisas…queremos medir aquí. Y lo que quieres es comparar medidas de tiempo y de espacio en diferentes sitios y en diferentes momentos para saber si coinciden o si hay alguna diferencia que puede ser debido a esa fluctuación, a esa ondulación del campo oscuro, ¿vale? Y uno se pregunta, bueno, pero si mi referencia está cambiando, ¿cómo puedo yo comparar dos referencias diferentes? Fue la pregunta que a mí me surgió. Yo no entendía cómo vas a comparar dos referencias que estén en sitios diferentes. Tuve que estar ahí leyendo bastante hasta que entendí, porque claro, hay un poco de lógica circular en todo esto: si yo defino un segundo como 9.000 millones de oscilaciones de la transición del átomo de cesio, pues claro, yo miro un segundo aquí y mide un segundo; y si en otro sitio, en Sudamérica o donde sea, alguien hace el mismo experimento y mide también 9.100 millones de oscilaciones del campo eléctrico en una transición de cesio, también dirá que eso para él es un segundo. Entonces yo diré, ah, pues para mí aquí pasa un segundo. Y él dirá, pues sí, para mí también aquí pasa un segundo. ¿Cuál es la clave? Usar un fotón como mensajero. Estos dos sistemas te permiten sacar un fotón. Cuando tú, el reloj atómico, usas el oscilador hasta que resuena, una vez que resuena ya tú tienes un generador de fotones que están sintonizados a esa frecuencia exactamente del cesio. Y ahora ese fotón tú lo puedes mandar a otro sitio. y en ese otro sitio metes ese fotón en el otro reloj atómico que también tiene un átomo de sesio y miras a ver si resuena también en ese. Debería resonar, porque el átomo de sesio aquí y en Sudamérica resuenan a la misma frecuencia pero si ha cambiado la constante de estructura fina, si ha cambiado la masa del electrón esas frecuencias van a ser un poquito diferentes y ahora ese fotón ya no va a resonar. Es una técnica de interferometría que te permite hacer medidas diferenciales extremadamente precisas y lo mismo con la caja, de hecho lo que Ellos hacen el experimento que ellos hacen en su instituto; ellos tienen una red conectada por fibra óptica de laboratorios con cavidades resonantes. Entonces, una vez que tienen una cavidad resonante con una cierta frecuencia, sacan un fotón de allí, un…