¿Usas GPS? Di "gracias" a Norman Ramsey (1915-2011) - Las Ciencias - 2020

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Anonim

Norman F. Ramsey puede no ser un nombre familiar, pero era un gigante de la física experimental del siglo XX. Su trabajo en ciencias básicas le valió el Premio Nobel de Física de 1989 y sentó las bases de las tecnologías que ahora usan millones de personas. Murió el viernes pasado a la edad de 96 años.

Al explorar cómo los átomos y las moléculas absorben y emiten luz en los campos magnéticos, Ramsey allanó el camino para los estudios de resonancia magnética nuclear, la base de las máquinas de MRI. Sus investigaciones también llevaron al desarrollo de relojes atómicos. En su artículo de julio de 1993 en , que tuve el placer de editar, Ramsey y el coautor Wayne Itano discutieron la necesidad de un cronometraje cada vez más preciso:

Pocas personas se quejan de la precisión de los relojes modernos, incluso si parecen correr más rápido de lo que desearían los atormentados entre nosotros. Los relojes de cristal de cuarzo comunes y baratos pierden o ganan aproximadamente un segundo a la semana, lo que los hace más que suficientes para la vida diaria. Incluso un reloj de la herida de primavera puede llevarnos a la iglesia a tiempo. Las aplicaciones más rigurosas, como las comunicaciones con naves interplanetarias o el rastreo de barcos y aviones desde satélites, dependen de los relojes atómicos, que no pierden más de un segundo en un millón de años.

Puede que no parezca que haya mucho espacio para mejorar los relojes o incluso la necesidad de relojes más precisos.Sin embargo, muchas aplicaciones en la ciencia y la tecnología exigen toda la precisión que pueden reunir los mejores relojes y, a veces, más. Por ejemplo, algunos pulsares (estrellas que emiten radiación electromagnética en ráfagas periódicas) pueden ser, en ciertos aspectos, más estables que los relojes actuales. Tales objetos no pueden ser cronometrados con precisión. Las pruebas meticulosas de la relatividad y otros conceptos fundamentales pueden necesitar relojes aún más precisos. Esos relojes probablemente estarán disponibles. Las nuevas tecnologías, basadas en la captura y el enfriamiento de átomos e iones, ofrecen todas las razones para creer que los relojes pueden ser 1.000 veces más precisos que los existentes. Si la historia es una guía, estos relojes futuros pueden mostrar que lo que se cree que es constante e inmutable, en escalas más finas, puede ser dinámico y cambiante. Los relojes de sol, relojes de agua y relojes de péndulo del pasado, por ejemplo, fueron lo suficientemente precisos como para dividir el día en horas, minutos y segundos, pero no pudieron detectar las variaciones en la rotación y la revolución de la Tierra.

Una aplicación clave de los relojes atómicos se encuentra en el Sistema de posicionamiento global, que se basa en señales de frecuencia y frecuencia precisas entre los satélites para que sepan dónde están y, por lo tanto, le informen dónde se encuentra.

Ramsey puede ser mejor conocido por la creación del reloj maser de hidrógeno, que describió en su artículo (y se ilustró de esta manera):

En este instrumento, una descarga de radiofrecuencia primero divide las moléculas de hidrógeno contenidas en una botella de alta presión en sus átomos constituyentes. Los átomos emergen de una pequeña abertura en la botella, formando una viga. Los que están en el nivel de energía más alto están enfocados por campos magnéticos y entran en una bombilla de almacenamiento especialmente revestida rodeada por una cavidad resonante sintonizada. En la bombilla, algunos de estos átomos caerán a un nivel de energía más bajo, liberando fotones de frecuencia de microondas. Los fotones estimularán a otros átomos a caer a un nivel de energía más bajo, lo que a su vez libera fotones de microondas adicionales. De esta manera, un campo de microondas autosostenible se acumula en la bombilla, de ahí el nombre de "maser". La cavidad sintonizada alrededor de la bombilla ayuda a redireccionar los fotones al sistema para mantener el proceso de emisión estimulada.

La oscilación del maser persiste mientras el hidrógeno ingrese al sistema. Un bucle de cable en la cavidad puede detectar la oscilación. El campo de microondas induce una corriente en el cable, que conduce fuera de la cavidad a una serie de circuitos. Los circuitos convierten la corriente inducida en una señal de frecuencia más baja adecuada para generar pulsos de temporización.

El artículo completo, titulado "Medición precisa del tiempo", revisa otros tipos de relojes atómicos y sus pros y sus contras.

Puede leer una reminiscencia personal del científico y autor Boulent Atalay en la página de Vigilancia de Noticias de National Geographic.

Imagen de Norman Ramsey de su anuncio del Premio Nobel.

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