Con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, los relojes atómicos, piedra angular de la ciencia y la tecnología modernas, desempeñan un papel crucial en campos como la navegación por satélite, las comunicaciones, la electricidad y las finanzas gracias a su precisión y estabilidad. En este campo, los científicos chinos han logrado un nuevo avance trascendental al desarrollar con éxito un nuevo tipo de reloj atómico de rubidio de vanguardia internacional, batiendo récords internacionales y sumando otro glorioso logro a la labor científica y tecnológica de China.

I. Reloj atómico de rubidio: el "guardián del tiempo" en el campo de la ciencia y la tecnología

Los relojes atómicos, como su nombre indica, son temporizadores basados en átomos. En comparación con los relojes mecánicos tradicionales, los relojes de cuarzo, etc., los relojes atómicos ofrecen mayor precisión y estabilidad, y pueden mantener una medición del tiempo precisa durante períodos extremadamente largos. Entre ellos, el reloj atómico de rubidio se ha convertido en uno de los relojes atómicos con mayor cuota de mercado gracias a sus ventajas, como su pequeño tamaño, peso ligero y bajo consumo de energía, y se utiliza ampliamente en diversos campos.

Sin embargo, con el continuo desarrollo de la ciencia y la tecnología, los requisitos de rendimiento de los relojes atómicos de rubidio también están aumentando. Para satisfacer esta demanda, el equipo de investigación dirigido por Mei Ganghua, de la Academia de Innovación para la Ciencia y Tecnología de Medición de Precisión de la Academia China de Ciencias, ha superado dificultades durante muchos años y ha desarrollado con éxito un nuevo tipo de reloj atómico de rubidio de referencia internacional.

II. Gran avance: La estabilidad rompe el récord internacional

La estabilidad de frecuencia es el indicador fundamental de los relojes atómicos y determina directamente su precisión y fiabilidad. En esta investigación, el equipo dirigido por Mei Ganghua realizó una profunda investigación e innovación en las tecnologías clave del reloj atómico de rubidio. Partiendo de tres aspectos: la mejora de la relación señal-ruido de las señales atómicas, la reducción del ruido de fase de las microondas de sondeo y la supresión de la sensibilidad ambiental del sistema atómico, lograron un avance significativo.

En primer lugar, en el diseño del sistema físico, el equipo adoptó nuevas tecnologías con derechos de propiedad intelectual independientes, como cavidades de microondas de tubo ranurado, celdas de vapor de rubidio de gran tamaño, fuentes de luz de bombeo de alta pureza espectral y doble filtrado. Estas mejoraron eficazmente la relación señal-ruido de las señales atómicas y elevaron la estabilidad de frecuencia a un nivel sin precedentes de 4,7 × 10⁻¹⁴τ⁻¹/². Este logro constituye una sólida garantía de la precisión y la estabilidad del reloj atómico de rubidio.

En segundo lugar, el equipo también logró avances importantes en el diseño de circuitos. Diseñaron un sintetizador de frecuencia con bajo ruido de fase, que controlaba el impacto del ruido del circuito en la estabilidad del reloj de rubidio a un nivel de 6,0 × 10⁻¹⁴τ⁻¹/². Esta innovación no solo redujo el impacto del ruido del circuito en el rendimiento del reloj atómico, sino que también brindó un sólido respaldo para posteriores mejoras tecnológicas.

Además, para mejorar aún más la adaptabilidad ambiental del reloj atómico de rubidio, el equipo utilizó una caja sellada para aislar el sistema físico del entorno atmosférico. Esta medida redujo con éxito el impacto de las fluctuaciones de la presión atmosférica en la estabilidad del reloj de rubidio en un orden de magnitud, lo que representa una sólida garantía para su aplicación en entornos complejos.

Basándose en los avances e innovaciones tecnológicas mencionados, el equipo dirigido por Mei Ganghua desarrolló con éxito un prototipo del nuevo principio del reloj atómico de rubidio, cuya estabilidad de frecuencia alcanzó un asombroso nivel de 9,0 × 10⁻¹⁴τ⁻¹/² (1 s - 100 s). Esta es la primera vez que el índice de estabilidad de frecuencia del reloj atómico de rubidio alcanza el orden de magnitud de 10⁻¹⁴τ⁻¹/², batiendo el récord internacional y sentando una base sólida para el desarrollo de la tecnología de relojes atómicos de China.

III. Perspectivas de aplicación: Liderando la tendencia de la ciencia y la tecnología e impulsando el desarrollo nacional

El exitoso desarrollo del nuevo reloj atómico de rubidio no sólo ha inyectado nueva vitalidad al desarrollo de la tecnología del reloj atómico de China, sino que también ha proporcionado un fuerte apoyo a la defensa nacional y a campos económicos como la navegación por satélite, las comunicaciones, la electricidad y las finanzas.

En el campo de la navegación por satélite, los relojes atómicos de alta precisión y estabilidad son clave para garantizar la precisión y fiabilidad de la navegación. Se espera que la aplicación del nuevo reloj atómico de rubidio mejore la precisión y estabilidad de la navegación del Sistema de Navegación por Satélite Beidou de China y aumente aún más su competitividad en el mercado internacional.

En el campo de las comunicaciones, la función de cronometraje de alta precisión de los relojes atómicos es fundamental para garantizar la sincronización y la estabilidad de las redes de comunicación. Se espera que la promoción y aplicación del nuevo reloj atómico de rubidio mejore el rendimiento y la fiabilidad de las redes de comunicación de China y brinde un sólido impulso al desarrollo de tecnologías de comunicación de nueva generación como el 5G y el 6G.

Además, en campos como la electricidad y las finanzas, la alta precisión y estabilidad del nuevo reloj atómico de rubidio también desempeñarán un papel importante. Por ejemplo, en el sistema eléctrico, los relojes atómicos pueden garantizar el funcionamiento sincrónico y la medición precisa de la red eléctrica; en el sector financiero, la alta precisión de los relojes atómicos puede proporcionar servicios fiables de marca de tiempo para las transacciones financieras.

En conclusión, el exitoso desarrollo y aplicación del nuevo reloj atómico de rubidio liderará el desarrollo científico y tecnológico e impulsará el desarrollo nacional. Esperamos que este logro traiga cambios revolucionarios y progreso a más campos en el futuro.