Puede que la mayoría de nosotros no pensemos en los relojes más allá de llegar puntual a una reunión. Pero para quienes trabajan en física fundamental, el tiempo es una herramienta de precisión absoluta, y medirlo con exactitud es una de las formas más directas de entender las leyes del universo. Ahora, la Agencia Espacial Europea (ESA), en colaboración con la NASA, ha llevado este objetivo a nuevas alturas. Literalmente. El proyecto ACES (Atomic Clock Ensemble in Space) ya está en órbita, instalado en el módulo Columbus de la Estación Espacial Internacional (EEI), con la ambiciosa misión de sincronizar los relojes más precisos del planeta… desde el espacio.
Lo curioso es que esta historia comenzó hace más de tres décadas con un reloj que ocupaba una habitación entera en el Observatorio de París. Hoy, ese gigante se ha convertido en un instrumento del tamaño de un frigorífico y ha viajado más de 400 kilómetros sobre nuestras cabezas. ACES combina la tecnología más avanzada en relojes atómicos con una red de comunicación por microondas y láser para comprobar teorías de hace más de un siglo y quizás redefinir cómo medimos el segundo. Como explicó Thomas Peignier, ingeniero principal del proyecto: “ACES es un sistema extremadamente sensible, compuesto por subsistemas intricados e interconectados que deben funcionar en armonía”.
Una misión europea con ambición global
ACES es una misión completamente europea, aunque con una clara dimensión internacional. El diseño, fabricación y montaje se realizaron en distintos países del continente. El reloj PHARAO fue desarrollado por CNES en Francia, y el SHM por Safran Timing Technologies en Suiza. El sistema de transferencia de tiempo lo diseñó la empresa alemana TimeTech, mientras que Airbus en Friedrichshafen se encargó de integrar el conjunto. Todo esto fue coordinado por la ESA, que también dirige la operación científica desde dos centros: CADMOS en Toulouse y el Columbus Control Centre en Alemania.
El lanzamiento tuvo lugar el 21 de abril de 2025 desde el Centro Espacial Kennedy, en una cápsula Dragon de SpaceX. Solo cuatro días después, el 25 de abril, un brazo robótico de la EEI instaló ACES en el exterior del módulo Columbus. Desde entonces, el experimento permanece expuesto al vacío del espacio, funcionando de forma autónoma mientras establece conexiones temporales con estaciones terrestres cuando sobrevuela distintas regiones. Este diseño permite comparar relojes distribuidos por el planeta con una precisión que antes era simplemente inalcanzable.
¿Qué es realmente un reloj atómico?
Un reloj atómico es un dispositivo que mide el tiempo observando las oscilaciones de los átomos, en lugar de usar péndulos o engranajes como los relojes tradicionales. Esas oscilaciones —transiciones entre niveles de energía en los átomos— ocurren a frecuencias extremadamente estables, lo que permite una precisión sin precedentes. Por ejemplo, los relojes de cesio cuentan 9 192 631 770 oscilaciones del átomo para definir un segundo.
La idea de usar la materia como referencia del tiempo no es nueva. Fue William Thomson, más conocido como Lord Kelvin, quien en el siglo XIX propuso que las vibraciones atómicas podían servir como una base ideal para medir el tiempo, al ser constantes por naturaleza. Hoy, esa intuición se ha convertido en la base de nuestra cronometraje más avanzado.
PHARAO y SHM: dos relojes, una única señal
En el corazón del experimento se encuentran dos relojes atómicos con funciones complementarias. PHARAO es un reloj de átomos de cesio enfriados por láser, el primero de este tipo en operar en el espacio. En la microgravedad de la órbita terrestre, los átomos pueden moverse más lentamente y permanecer en un estado excitado por más tiempo, lo que permite realizar mediciones de frecuencia extremadamente precisas. El enfriamiento láser reduce la velocidad de los átomos casi hasta detenerlos, una condición que en la Tierra solo puede conseguirse en cámaras de vacío de varios metros de altura.
Por otro lado, el SHM es un máser de hidrógeno activo, capaz de generar una señal de referencia sin depender de un estímulo externo. Esto le confiere una estabilidad excepcional en escalas de tiempo cortas, lo que lo convierte en el complemento perfecto para PHARAO. Mientras que uno aporta estabilidad a largo plazo, el otro lo hace en intervalos más breves. Juntos, pueden mantener una señal tan precisa que solo perdería un segundo en 300 millones de años.
Un laboratorio orbital para probar teorías
Uno de los principales objetivos científicos de ACES es comprobar con mayor precisión cómo la gravedad afecta al paso del tiempo, tal como predice la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. Esta teoría afirma que cuanto mayor es la gravedad, más lentamente transcurre el tiempo. Ya se ha comprobado en experimentos en la Tierra, por ejemplo, midiendo diferencias entre relojes situados en la cima de una montaña y al nivel del mar. Pero ahora, con ACES operando a 400 kilómetros de altitud, se espera que estas mediciones alcancen una precisión diez veces superior a las anteriores.
Para lograrlo, ACES utiliza dos tipos de enlaces para comparar sus relojes con los de la Tierra. Por un lado, una conexión de microondas, con terminales instalados en Europa, Japón, Estados Unidos y el Reino Unido. Por otro, un sistema óptico láser conocido como European Laser Timing (ELT), que emite pulsos hacia el espacio desde observatorios terrestres y mide el eco reflejado por el equipo orbital. Gracias a ambos métodos, se pueden compensar los efectos de la atmósfera y del entorno espacial, y lograr comparaciones de tiempo a nivel de milmillonésimas de segundo.
Mucho más que medir segundos
El potencial de ACES no se limita a probar teorías del siglo XX. También puede contribuir a la redefinición del segundo, la unidad básica de tiempo en el Sistema Internacional. Actualmente, el segundo se basa en la frecuencia de oscilación de átomos de cesio, como los usados en PHARAO. Sin embargo, los relojes ópticos de nueva generación, que ya se están desarrollando en varios laboratorios, son todavía más estables. ACES permite compararlos entre sí a través de su red global, allanando el camino para una posible futura redefinición del tiempo.
Además, la precisión extrema del sistema tiene aplicaciones en otras áreas de la ciencia. En geodesia, puede ayudar a detectar diferencias de potencial gravitatorio entre distintos puntos del planeta, es decir, a medir con más precisión la forma y variaciones del campo gravitatorio de la Tierra. También puede usarse para estudiar si las constantes fundamentales de la física, como la velocidad de la luz o la constante de Planck, cambian con el tiempo. Incluso existe la posibilidad de buscar señales indirectas de materia oscura, una de las grandes incógnitas de la física actual.
Una red para el futuro del tiempo
Gracias a sus tecnologías de enlace por microondas y láser, ACES puede sincronizar relojes en distintas partes del mundo con una precisión sin precedentes. Esto no solo mejora la calidad de los experimentos científicos, sino que también tiene implicaciones prácticas: los sistemas de posicionamiento global, como GPS o Galileo, dependen de relojes atómicos para funcionar correctamente. Mejorar la precisión de estos relojes puede traducirse en una mayor exactitud para la navegación, el transporte o las telecomunicaciones.
El experimento también tiene un componente estructural que permite su actualización. La arquitectura modular de ACES admite la incorporación de nuevas tecnologías en el futuro, como relojes ópticos en futuras misiones. De hecho, una de las metas del programa es precisamente ensayar la infraestructura para lo que podría convertirse en una red planetaria de relojes cuánticos sincronizados a través del espacio. Como indicó Luigi Cacciapuoti, científico del proyecto: “ACES responde hoy a una necesidad urgente de la comunidad científica y seguramente jugará un papel clave en la redefinición de la unidad de tiempo”.
Referencias
- Marie Deschamps. 7 things you didn’t know about ACES. ESA – Exploration. 2025.
Marie Deschamps. The clocks of ACES. ESA – Exploration. 2025.
ESA. ACES: Atomic Clock Ensemble in Space. ESA – Science & Exploration. 2025.
ESA. ACES rumbo a su órbita: Relojes atómicos europeos ultraprecisos llegan al espacio. ESA. 2025.
ESA. ACES Factsheet. ESA Multimedia. https://doi.org/10.5270/esa-aces-factsheet-2025
Cortesía de Muy Interesante
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