La precisión es cada vez más importante en las tecnologías modernas y nada más que la precisión en el mantenimiento del tiempo. Desde Internet hasta la navegación por satélite, la sincronía precisa y precisa es vital en la era moderna.

De hecho, muchas de las tecnologías que damos por sentado en el mundo de hoy, no serían posibles si no fuera por las máquinas más precisas inventadas: el reloj atómico.

Los relojes atómicos son solo dispositivos de cronometraje como otros relojes o relojes. Pero lo que los distingue es la precisión que pueden lograr. Como ejemplo crudo, su reloj mecánico estándar, como una torre de reloj del centro de la ciudad, se desplazará hasta un segundo por día. Relojes electrónicos como relojes digitales o radios reloj son más precisos. Estos tipos de reloj derivan un segundo en aproximadamente una semana.

Sin embargo, cuando se compara la precisión de un reloj atómico en el que un segundo no se perderá ni se ganará en 100,000 años o más, la precisión de estos dispositivos es incomparable.

Los relojes atómicos pueden alcanzar esta precisión con los osciladores que usan. Casi todos los tipos de reloj tienen un oscilador. En general, un oscilador es solo un circuito que regularmente funciona.

Los relojes mecánicos usan péndulos y resortes para proporcionar una oscilación regular, mientras que los relojes electrónicos tienen un cristal (generalmente de cuarzo) que cuando se pasa una corriente eléctrica proporciona un ritmo preciso.

Los relojes atómicos usan la oscilación de átomos durante diferentes estados de energía. A menudo se usa cesio 133 (y algunas veces rubidio) ya que su hiperfino oscilación transicional supera los 9 mil millones de veces por segundo (9,192,631,770) y esto nunca cambia. De hecho, el Sistema Internacional de Unidades (SI) ahora oficialmente considera un segundo en el tiempo como ciclos 9,192,631,770 de radiación del átomo de cesio.

Los relojes atómicos proporcionan la base para la escala de tiempo global del mundo: UTC (Tiempo Universal Coordinado). Y las redes informáticas de todo el mundo permanecen sincronizadas mediante el uso de señales horarias transmitidas por relojes atómicos y recogidas en Servidores de tiempo NTP (Servidor de tiempo de red).

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Sin embargo, hay ocasiones en que un servidor de tiempo puede perder la conexión con el reloj atómico y no recibir el código de tiempo durante un período prolongado. A veces, esto puede ser debido al tiempo de inactividad de los controladores de reloj atómico para el mantenimiento o que la interferencia cercana está bloqueando la transmisión.

Obviamente, cuanto más larga es la señal, más deriva potencial puede ocurrir en la red como el oscilador de cristal en el Servidor NTP es lo único que mantiene el tiempo. Para la mayoría de las aplicaciones esto nunca debería ser un problema, ya que el período de inactividad más prolongado normalmente no es más de tres o cuatro horas y el servidor NTP no se habría desplazado demasiado en ese momento y la ocurrencia de este tiempo de inactividad es bastante rara (tal vez o dos veces al año).

Sin embargo, para algunas aplicaciones ultraprecisas de gama alta, los osciladores de cristal de rubidio comienzan a usarse ya que no se desplazan tanto como el cuarzo. Rubidio (a menudo utilizado en relojes atómicos ellos mismos en lugar de cesio) es un oscilador mucho más preciso que el cuarzo y proporciona una mejor precisión para cuando no hay señal para un NTP servidor de tiempo permitiendo que la red mantenga un tiempo más preciso.

El rubidio en sí mismo es un metal alcalino, similar en propiedades al potasio. Es muy poco radiactivo, aunque no representa un riesgo para la salud humana (y se usa a menudo en imágenes médicas al inyectarlo en un paciente). Tiene una vida media de 49 mil millones de años (el tiempo que tarda en descomponerse a la mitad; en comparación, algunos de los materiales radiactivos más letales tienen vidas medias de menos de un segundo).

El único peligro real que plantea el rubidio es que reacciona violentamente al agua y puede provocar un incendio.

Los osciladores han sido esenciales en el desarrollo de los relojes y la cronología. Los osciladores son solo circuitos electrónicos que producen una señal electrónica repetitiva. A menudo se usan cristales como el cuarzo para estabilizar la frecuencia de la oscilación,

Los osciladores son la tecnología principal detrás de los relojes electrónicos. Los relojes digitales y el reloj analógico alimentado por batería están controlados por un circuito oscilante que generalmente contiene un cristal de cuarzo.

Y aunque los relojes electrónicos son muchas veces más precisos que un reloj mecánico, un oscilador de cuarzo aún se desplazará un segundo o dos cada semana.

Los relojes atómicos por supuesto, son mucho más precisos. Sin embargo, todavía usan osciladores, con mayor frecuencia cesio o rubidio, pero lo hacen en un estado hiperfino a menudo congelado en nitrógeno líquido o helio. Estos relojes en comparación con los relojes electrónicos no se desviarán por un segundo en incluso un millón de años (y con los relojes atómicos más modernos 100 millones de años).

Para utilizar esta precisión cronológica un servidor de tiempo de red que utiliza NTP (Network Time Protocol) se puede usar para sincronizar redes informáticas completas. NTP servidores utilice una señal horaria desde el GPS o la radio de onda larga que proviene directamente de un reloj atómico (en el caso del GPS, el tiempo se genera en un reloj abordo del satélite GPS).

NTP servidores compruebe continuamente esta fuente de tiempo y luego ajuste los dispositivos en una red para que coincida con esa hora. Entre las encuestas (que reciben la fuente de tiempo), el servidor de tiempo usa un oscilador estándar para mantener el tiempo. Normalmente estos osciladores son de cuarzo, pero debido a que el servidor horario está en comunicación regular con el reloj atómico cada minuto o dos, entonces la deriva normal de un oscilador de cuarzo no es un problema ya que unos pocos minutos entre encuestas no conducirían a una deriva medible.

Continuará ...