Un equipo científico ha hecho la comparación coordinada más exhaustiva de relojes ópticos realizada hasta la fecha, operándolos simultáneamente en seis países, a varios miles de kilómetros entre sí, un experimento que puede servir para redefinir el segundo y ayudar a establecer una escala de tiempo óptica global.
«Las señales precisas de tiempo y frecuencia que proporcionan los relojes atómicos son esenciales para muchas tecnologías cotidianas, como el GPS, la gestión de las redes eléctricas y la sincronización de las transacciones financieras», explica Helen Margolis, directora de tiempo y frecuencia del Laboratorio Nacional de Física (NPL) del Reino Unido.
La próxima generación de relojes son los relojes ópticos y los resultados de esta prueba podrían ayudar a mejorar su rendimiento «dando lugar a aplicaciones completamente nuevas y promoviendo los esfuerzos científicos que dependen del tiempo y la frecuencia», avanza la investigadora.
Los relojes ópticos son un tipo de reloj atómico que usa láseres para excitar los átomos de forma controlada pero, dado que estos relojes tienen distintas formas, y cada uno usa átomos diferentes para medir el tiempo, es necesario compararlos a largas distancias. Eso es lo que ha hecho el estudio.
Los detalles de la prueba, realizada por un grupo internacional de investigadores liderados por Thomas Lindvall, científico de VTT MIKES en Finlandia, se han publicado este jueves en la revista Optica.
Los autores informan de los resultados de 38 comparaciones —o ratios de frecuencia— realizadas simultáneamente con diez relojes ópticos diferentes. Cuatro de estas comparaciones se realizaron directamente por primera vez, y muchas de las demás se midieron con mucha mayor precisión que antes.
Las mediciones del experimento, además, «proporcionan información fundamental sobre el trabajo que aún es necesario realizar para que los relojes ópticos alcancen la precisión y fiabilidad requeridas para su uso en la medición del tiempo a nivel internacional», afirma Marco Pizzocaro, investigador del Instituto Nazionale Di Ricerca Metrologica (INRiM) de Italia.
«Nuestro experimento también demostró cómo se pueden conectar los relojes ópticos de toda Europa para medir las relaciones de frecuencia con una precisión de vanguardia. Esto crea un laboratorio distribuido, que también podría utilizarse para realizar pruebas de física fundamental, como la búsqueda de materia oscura o la comprobación de las reglas básicas de la física», agrega Pizzocaro.
Relojes ópticos
Durante décadas, el estándar mundial para medir el tiempo se ha basado en la media de las señales de los relojes atómicos pero, en ese tiempo, la precisión y la estabilidad de los relojes ópticos no ha dejado de mejorar.
Por eso, la demanda para redefinir el segundo del Sistema Internacional de Unidades y utilizar en su lugar relojes ópticos es cada vez mayor, y es que los relojes ópticos son ya unas 100 veces más precisos que los mejores relojes de cesio y pueden medir el tiempo con tanta precisión que perderían o ganarían menos de un segundo en miles de millones de años.
Pero el uso de relojes ópticos para la medición internacional del tiempo pasa por comparar los datos de varios relojes ópticos para verificar que funcionan según lo esperado. De ahí la necesidad de hacer la comparación.
«Comparar varios relojes al mismo tiempo y utilizar más de un tipo de tecnología de enlace proporciona mucha más información que las comparaciones de relojes por pares que se han llevado a cabo hasta la fecha», afirma Lindvall.
«Con un conjunto coordinado de mediciones, es posible comprobar la coherencia y, al mismo tiempo, obtener resultados más fiables. Estos resultados pueden ayudar a determinar qué reloj o relojes ópticos deben utilizarse en la nueva definición del segundo«, explica.
La opinión de los expertos
En declaraciones a la plataforma de divulgación SMC España, José R. Crespo López-Urrutia, investigador en el Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg (Alemania), ha explicado que el experimento demuestra que en unos años los problemas técnicos se conseguirán solventar.
«Todos los relojes ópticos de los diversos institutos en los distintos países han de ser estables, comparables y reproducibles hasta los dieciocho decimales. Cuando esto pase, se llegará a un acuerdo internacional para que todos usen un nuevo sistema de referencias ópticas de frecuencia, con más variedad de átomos e iones por una parte pero también más intercomparabilidad y reserva de seguridad en la exactitud», avanza.
La precisión de los nuevos relojes ópticos está siendo analizada con una «profundidad y detalle abrumadores», necesarias para que la redefinición del segundo sea cien veces mejor que la actual, añade López-Urrutia, quien no ha participado en el estudio.
Dolores del Campo Maldonado, del Centro Español de Metrología (CEM), añade que esta nueva definición permitirá «mejoras significativas en la navegación por satélite, redes eléctricas, computación y comunicaciones o transacciones financieras. Influirá también en la mejora de las realizaciones del resto de unidades del Sistema Internacional y establecerá las bases para avances en campos fundamentales de la física».
Y, para todo ello, «esta investigación es esencial», subraya esta investigadora, quien tampoco firma el artículo.
