Cada día interactuamos con el tiempo. En nuestra vida diaria, es suficiente con medir el tiempo con precisión de minutos. En competiciones deportivas, como las carreras de velocidad, a menudo se requiere una precisión de 0,01 segundos, y en deportes de alta velocidad, como la Fórmula 1, se necesita una precisión de 0,001 segundos (1 milisegundo). Sin embargo, en algunos campos de investigación científica, la precisión del tiempo es mucho mayor, a menudo requiriendo una precisión de una milésima de segundo o incluso una millonésima de segundo. ¿Qué herramientas de cronometraje pueden satisfacer estos requisitos?
Actualmente, el instrumento de cronometraje más preciso es el reloj atómico de cesio. Los científicos han desarrollado relojes atómicos de cesio que pueden funcionar de forma continua durante 6 millones de años con una precisión acumulada de menos de 1 segundo. ¿Por qué el cesio puede fabricarse en un instrumento de cronometraje tan preciso? Sabemos que la Tierra tarda 24 horas en completar una rotación y divide cada hora en 3600 partes, lo que equivale a 1 segundo. Por lo tanto, la precisión de una milésima de segundo de la rotación de la Tierra es igual a 1 segundo. Sin embargo, la velocidad de rotación de la Tierra no es estable, a veces es más rápida y a veces más lenta, por lo que el segundo definido no cumple con los requisitos de alta precisión de algunos experimentos científicos. El cesio fue seleccionado como material para fabricar relojes atómicos porque es el miembro más activo de la familia de los metales, lo que significa que la energía de transición de sus electrones externos es baja. Las señales de ondas electromagnéticas que emite se encuentran en el espectro de microondas de la radio y coinciden con la frecuencia de emisión de los satélites de radiodifusión, cuya tecnología de fabricación es muy avanzada en la actualidad. Por lo tanto, los científicos utilizan las ondas electromagnéticas emitidas por los electrones del cesio que saltan entre dos niveles de energía como estándar para controlar y calibrar los osciladores electrónicos y, a su vez, controlar el funcionamiento del reloj. A partir de estas características del cesio, se fabricó un nuevo tipo de reloj, el reloj atómico de cesio, y se estableció que 1 segundo es el tiempo que tarda un átomo de cesio en saltar de un nivel de energía a otro 919 263 770 veces. Esta es la definición más precisa del segundo hasta el momento.
Además del reloj atómico de cesio, también se han inventado relojes atómicos de hidrógeno y rubidio. Gracias a los relojes atómicos, es posible llevar a cabo investigaciones científicas más precisas, como las explosiones de bombas atómicas y de hidrógeno, el lanzamiento de cohetes y misiles, así como la navegación espacial y los satélites artificiales de la Tierra, y lograr un control y funcionamiento de alta precisión.