1. ¿Cómo se define hoy el segundo con el átomo de cesio?
Durante mucho tiempo, el segundo se basaba en el movimiento de la Tierra. Sin embargo, en 1967, la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) cambió esto. Definieron el segundo como la duración de 9 192 631 770 ciclos de la radiación que corresponde a la transición entre dos niveles de energía específicos del átomo de cesio 133 [1]. Esta definición sigue siendo la base hoy en día.
La clave es que, en condiciones adecuadas, sus vibraciones son constantes. Un reloj atómico cuenta estas vibraciones. El primer reloj de cesio fue construido en 1955 en el Reino Unido por Essen y Parry en el Laboratorio Nacional de Física. Su precisión era de aproximadamente un segundo cada 300 años [2]. Aunque esta definición ha durado más de 50 años, la aparición de relojes mucho más precisos ha impulsado la idea de cambiarla.
2. ¿Por qué los relojes de luz miden el tiempo con más precisión que los de cesio?
Los relojes de cesio usan microondas con una frecuencia de unos 9,2 GHz. Los relojes de luz, en cambio, usan luz con frecuencias decenas de miles de veces más altas [3]. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. (NIST) compara esto con una regla con marcas muy finas: si las marcas están más juntas, puedes medir diferencias más pequeñas en la misma longitud.
La Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) explica que algunos estándares de frecuencia óptica tienen una incertidumbre aproximadamente dos órdenes de magnitud menor que los mejores relojes de cesio actuales [4]. Se estima que podrían ser hasta 1000 veces más precisos que el cesio, aunque esto es una proyección futura y no un logro actual [3]. Es importante notar que una frecuencia más alta no significa automáticamente una precisión miles de veces mayor, pero sí permite una resolución más fina.
3. ¿Cambia la velocidad del tiempo según la altura?
Según la teoría de la relatividad general, el tiempo pasa más rápido donde la gravedad es más débil, es decir, en lugares más altos. En 2020, un equipo de científicos japoneses (del Instituto RIKEN, la Universidad de Tokio y Shimadzu) colocó relojes de red óptica en la planta baja y en la plataforma de observación a 450 metros de altura del Tokyo Skytree. El equipo observó la diferencia en el paso del tiempo que predice la teoría de la relatividad general [8].
La precisión de 18 dígitos equivale a un desfase de un segundo en unos 10 000 millones de años. Con esa precisión se puede medir el efecto de la gravedad incluso ante diferencias de altura de unos pocos centímetros, como las de la vida diaria [8]. Esto demuestra que los relojes de luz no solo sirven para definir el segundo, sino también para medir diferencias gravitacionales. Además, a medida que la precisión de los relojes aumenta, los efectos de la gravedad y la altura ya no se pueden ignorar, por lo que al comparar relojes hay que controlar bien las condiciones.
4. ¿Se elegirá un solo átomo o una combinación para el nuevo segundo?
Hay varios candidatos para el nuevo estándar, entre ellos relojes de red óptica de estroncio 87 e iterbio 171, además de opciones con mercurio, iones de iterbio y de aluminio, y lutecio [3]. El BIPM menciona regularmente el iterbio 171 y el estroncio 87 como principales opciones.
El BIPM divide las opciones en tres categorías [4]. La primera es reemplazar el cesio con una sola transición óptica; es simple, pero requiere un acuerdo mundial sobre qué átomo elegir. La segunda opción es usar un promedio ponderado de varias transiciones ópticas, lo que permite actualizar los pesos según el progreso tecnológico. La tercera opción se basa en constantes físicas fundamentales, pero su incertidumbre actual es demasiado alta para ser práctica. NIST también destaca que los relojes de iones de aluminio son prometedores porque son menos afectados por la temperatura [3].
5. ¿Qué condiciones debe cumplir la nueva definición del segundo?
Para cambiar la definición, el nuevo sistema debe ofrecer una mejora inmediata de 10 a 100 veces en precisión, mantener la continuidad con la definición actual y contribuir regularmente al Tiempo Atómico Internacional (TAI) con una incertidumbre adecuada [4][7]. NIST añade que los resultados deben coincidir entre al menos tres laboratorios con una incertidumbre de menos de un segundo en unos 16 000 millones de años [3]. Para poner esto en perspectiva, 16 000 millones de años es más tiempo del que ha pasado desde el Big Bang (hace unos 13 800 millones de años).
En 2022, la CGPM resolvió proponer una elección de átomo o combinación en su reunión de 2026, con el objetivo de adoptar la nueva definición en 2030 [5]. Sin embargo, en 2025, el Comité Consultivo del Tiempo (CCTF) informó que aún no hay consenso sobre si usar un átomo único o múltiple, ni cuál sería [6]. Algunos requisitos técnicos, como una incertidumbre menor a 5 × 10⁻¹⁸ al comparar relojes similares en distintos laboratorios, aún no se han cumplido, pero se espera lograrlos mediante cooperación internacional para 2030 [6][7].
6. ¿Cómo contribuyen los científicos japoneses a elegir el nuevo estándar?
Los relojes de red óptica fueron propuestos por Hidetoshi Katori de la Universidad de Tokio. Según documentos de 2022, los relojes de red óptica del NICT y el NMIJ de Japón representaban el 54% de la contribución al Tiempo Atómico Internacional [10]. El estroncio y el iterbio ya han sido adoptados como "representaciones secundarias del segundo".
En 2025, el NICT y el Observatorio de París publicaron un nuevo método para comparar las propuestas de redefinición [9]. Usan gráficos en el espacio de valores de frecuencia para comparar visualmente las propuestas de un solo átomo (como estroncio o iterbio) frente a las propuestas de múltiples átomos ponderados. Esto ayuda a entender mejor las opciones complejas que incluso a los expertos les resulta difícil visualizar. Aunque aún no se sabe cómo se usará exactamente este método en la decisión final, facilita el debate al permitir que todos vean los mismos datos gráficos.
7. ¿Cambiará la hora de todos los días y qué se puede leer para saber más?
El BIPM explica que, aunque la definición cambie, el tiempo cotidiano no se verá afectado significativamente [4]. Los relojes de cesio podrán seguir usándose como "representaciones secundarias del segundo" después de la redefinición. La resolución de 2022 pidió que se presentara una propuesta sobre cómo elegir el átomo o los átomos en la CGPM de 2026, con el objetivo de adoptar la nueva definición en la CGPM de 2030 [5]. Si quieres leer las fuentes originales, un buen punto de partida son las preguntas frecuentes del BIPM (en inglés) y la recomendación 24-3 del CCTF de 2025 [4] [6].