Esta es la razón por la que el ejército estadounidense quiere miniaturizar los relojes atómicos

DARPA está trabajando en un nuevo tipo de reloj atómico, que promete mejorar aún más estas máquinas que ya son extraordinariamente precisas.

El verano pasado, la NASA amplió las pruebas de su reloj atómico espacial, denominado Reloj Atómico del Espacio Profundo (DSAC). Pero no son los únicos que trabajan en esta tecnología: DARPA, la agencia militar estadounidense de investigación y desarrollo, acaba de anunciar en una nota de prensa difundida por Interesting Engineering que también pretende construir un reloj atómico «portátil», capaz de encajar en un vehículo espacial o incluso terrestre.

A primera vista, la idea puede parecer innecesariamente complicada. ¿Por qué diablos alguien necesitaría un dispositivo tan avanzado para saber la hora? La respuesta radica en los grandes conceptos básicos de ubicación y navegación.

Hoy, para medir distancias con gran precisión, ya no podemos permitirnos una simple observación. En cambio, enviamos una señal cuya velocidad conocemos en la dirección de un receptor. El tiempo que tardó en viajar la señal se determina midiendo el tiempo entre la transmisión y el tiempo que la señal regresa para llegar al receptor. Una velocidad que se calcula utilizando el cociente de la distancia y el tiempo necesario para recorrerla, se puede calcular fácilmente la distancia entre los dos objetos. Y así, por extensión, uno puede determinar su posición absoluta a partir de su posición relativa a todos los demás.

Precisión sin igual

Pero hay una pega: para trabajar así, necesitas poder medir ese retardo con una precisión formidable, lejos de las capacidades del tocante que te acompaña a diario. Por ejemplo, un reloj de cuarzo puede desviarse aproximadamente un nanosegundo por hora. Un retraso que podría parecer insignificante; excepto que a esta escala de extrema precisión, esta señal ya no se considera estable. Hoy, el reloj atómico sigue siendo la única forma de acercarse al nivel de precisión esperado.

Sin entrar en detalles, estos instrumentos se basan en la increíblemente precisa periodicidad de determinados fenómenos que tienen lugar a escala del átomo, en el marco de las reacciones nucleares. Para obtener más detalles sobre cómo funcionan, la NASA ha escrito una excelente explicación donde también analiza algunos detalles técnicos de esta tecnología.

Lo que es importante recordar es que estas herramientas de última generación son capaces de una precisión sin igual; ¡algunos relojes atómicos se desvían menos de un segundo en varias decenas de millones de años! Suficiente para permitir una perfecta sincronización de todos los sistemas de comunicación, localización y navegación del mundo.

El futuro de la navegación y la localización

No es una cuestión de comodidad, sino de una necesidad real, especialmente en el contexto actual donde el espacio comienza a democratizarse. Porque actualmente, las naves siguen dependiendo de la navegación calculada en la Tierra. Sin embargo, los tiempos de comunicación aumentan con la distancia; durante los viajes interplanetarios o incluso interestelares, eventualmente se volverán muy importantes, hasta el punto de ser inutilizables en la práctica.

Por lo tanto, la nave espacial debe poder calcular su posición y sus parámetros orbitales de forma autónoma. Pero no se trata de hacerlo con un dispositivo con una precisión aproximada. En astronáutica, es una cuestión de vida o muerte; un error aparentemente ridículo puede significar la diferencia entre estar dentro del alcance del planeta objetivo… o perderlo por cientos de miles de millas, y alejarse a los confines del espacio.

El sector militar ya está salivando

El problema es muy similar en el sector militar. El nanosegundo más pequeño puede marcar la diferencia cuando se trata de alcanzar un objetivo a alta velocidad y larga distancia. Por lo tanto, deben poder realizar sus propios cálculos de forma independiente. Es por eso que DARPA busca integrar esta tecnología directamente en los vehículos militares.

Para ello, la agencia federal está desarrollando una nueva generación de relojes atómicos ópticos, a diferencia de los relojes atómicos de microondas que existen actualmente. La tecnología funciona, pero aún necesita ser miniaturizada; por ahora, estos siguen siendo dispositivos masivos que ocupan una habitación entera en un laboratorio.

“El objetivo es pasar de la instalación en laboratorio a una versión compacta y robusta capaz de operar en campo.”, explica Tatjana Curcic, directora del programa en DARPA. “Si tenemos éxito, estos relojes ópticos podrían reducir en 100 los errores de tiempo de los relojes atómicos de microondas actuales, lo que podría conducir a la llegada de muchas tecnologías críticas.«, ella dice.