En julio de 2025, el National Institute of Standards and Technology (NIST) de Estados Unidos presentó su nuevo reloj atómico óptico, el más preciso hasta la fecha, capaz de mantener el tiempo con una exactitud de 19 decimales y una mejora del 41 % respecto al modelo anterior. En este artículo exploramos qué son los relojes atómicos ópticos, cómo funcionan, sus diferencias frente a los relojes de cesio y sus implicaciones en la redefinición del segundo y aplicaciones científicas profundas. La precisión que logran permite plantear usos que van más allá de meras curiosidades técnicas: desde mejorar la navegación por satélite hasta estudiar fenómenos relativistas y variaciones discretas del campo gravitatorio. Además, veremos los desafíos que aún deben superarse antes de que estos relojes ópticos se conviertan en la nueva referencia de tiempo del Sistema Internacional de Unidades.

¿Qué son los relojes atómicos ópticos y cómo operan?

Un reloj atómico óptico mide el tiempo contando las oscilaciones de un átomo excitado con láseres a frecuencias ópticas, millones de veces más rápidas que las empleadas en los relojes de microondas basados en cesio.. En el caso del modelo NIST, un ión de aluminio extremadamente estable se enfría a temperaturas cercanas al cero absoluto. Para controlar su estado cuántico se utiliza una técnica conocida como espectroscopía lógica cuántica: empleando un ión «acompañante», un ión de magnesio, que facilita la medición del aluminio sin perturbarlo . Así, cada vibración precisa se traduce en un «tic» temporal altamente fiable.

Ventajas frente a los relojes de cesio tradicionales

Desde 1967, la definición oficial del segundo en el Sistema Internacional de Unidades (SI) se basa en el átomo de cesio, cuya transición hiperfina se repite alrededor de 9 190 000 000 veces por segundo. Sin embargo, los relojes ópticos ofrecen una realidad distinta: al operar en frecuencias ópticas —centenares de billones de oscilaciones por segundo— permiten medir el tiempo con una precisión hasta 100 veces mayor que los mejores relojes de cesio . De hecho, un reloj óptico de estroncio perdería apenas un segundo en unos 30 000 millones de años, mientras los de cesio se desvían en torno a 300 millones de años .

Hacia una nueva definición del segundo

El creciente dominio de los relojes ópticos ha llevado a la comunidad metrológica internacional a plantearse redefinir el segundo antes de 2030, dejando atrás la dependencia del cesio. Para ello, dos hitos clave han de cumplirse: comparaciones rigurosas entre sistemas ópticos de diferentes laboratorios (ya se han comparado hasta diez relojes ópticos de seis países), y la demostración estable y reproducible de incertidumbres sistemáticas del orden de 10^-18 o menores. Cuando se logren, la comunidad decidirá si el nuevo estándar se basa en un solo elemento (como estroncio o iterbio) o en un conjunto de frecuencias consensuadas.

Aplicaciones científicas y tecnológicas futuras

La precisión sin precedentes de los relojes ópticos no es solo un logro técnico, sino la puerta a avances relevantes. Su sensibilidad permite medir pequeñas diferencias gravitatorias, lo que abre la puerta a técnicas de relatividad relativista y mediciones geodésicas con resolución de centímetros . Se anticipan mejoras en sistemas globales de navegación por satélite (GPS, Galileo) gracias a sincronización con errores mínimos de nanosegundos . Además, contribuyen a frenar incertidumbres en física fundamental, como la búsqueda de materia oscura o la verificación de teorías que proponen variaciones en constantes físicas .

Conclusión

Los relojes atómicos ópticos representan la frontera definitiva de la precisión temporal. El reciente logro del NIST con su reloj de aluminio y magnesio, que registra una mejora del 41 % en precisión, confirma su superioridad frente a los sistemas basados en cesio. Queda un camino hacia la redefinición oficial del segundo, pero las comparaciones internacionales, la estabilidad lograda y las posibilidades tecnológicas proyectan un futuro en el que medimos el tiempo de forma casi absoluta. Este avance científico no es una curiosidad aislada: su impacto permea la navegación, las infraestructuras de telecomunicación y las fronteras de la física.