Científicos del Observatorio de París han comprobado que relojes muy precisos con un entramado óptico –o en el rango visible– tienen el potencial de cambiar la definición actual del segundo. Hasta ahora son los relojes atómicos de cesio, en el rango de las ondas microondas, los que facilitan la referencia de la unidad de tiempo.
En el Sistema Internacional de Unidades (SI), el segundo es la unidad de tiempo definida por la frecuencia de la luz que emite un átomo de cesio en transición dentro de la banda microondas del espectro.
Ahora un equipo de científicos europeos y australianos, liderados desde el Observatorio de París (Francia), han efectuado mediciones con relojes de estroncio de entramado óptico. Se basan en el mismo principio que los tradicionales y alcanzan su gran precisión, pero operan en el rango óptico o visible.
“Los relojes ópticos están ahora superando a los estándar de cesio y microondas, por lo que se plantea la cuestión de si el segundo del SI debería ser redefinido usando los primeros, una idea que hemos bautizado como ‘segundo óptico”, explica a SINC Jérôme Lodewyck, autor principal de este trabajo que publica Nature Communications.
El investigador explica que hasta ahora se han desarrollado dos tipos de relojes ópticos: de iones –que se capturan mediante una trampa electromágnética–, y de entramado óptico, donde unos 10.000 átomos –de estroncio, en este caso– se atrapan mediante un láser.
“La precisión de los relojes de entramado óptico todavía no alcanza la de los iónicos, pero pronto lo hará y con una mejor estabilidad en las frecuencias”, apunta Lodewyck, quien reconoce que la novedad de este trabajo es “la comparación entre relojes, más que el rendimiento de un reloj individual”. De hecho, otros relojes de estroncio de centros como la Universidad de Tokio, el NIST de Colorado (EEUU) y el PTB alemán alcanzan la misma precisión conseguida en estos experimentos.
Los investigadores han efectuado dos conjuntos de comparaciones. Unas entre dos relojes de entramado óptico para confirmar su potencial, y otras entre un reloj óptico y los mejores de cesio.
Considerando la definición actual de segundo, la precisión de las fuentes microondas de cesio ofrecen una incertidumbre relativa de 2-4 x 10-16. Los nuevos resultados reflejan que los dispositivos ópticos respecto a los tradicionales ya alcanzan el nivel de 3,1 x 10-16, y si se comparan dos relojes ópticos entre sí ese valor se reduce a 1,5 x 10-16.
“Con estas comparaciones de ‘experimentación del segundo óptico’ estamos construyendo un prototipo de arquitectura que medirá el tiempo cuando la definición de segundo se haga en base a relojes ópticos”, señala Lodewyck.
“Este prototipo comprende varios relojes ópticos idénticos capaces de generar una señal estable y precisa, de la que se puede construir una escala ‘media’ de tiempo que, además, se puede conectar con el segundo actual del SI, de tal forma que un cambio en su definición se podría hacer con el menor impacto posible”, concluye el investigador.
Referencia bibliográfica:
Jérôme Lodewyck et al. “Experimental realization of an optical second with strontium lattice clocks”. Nature Communications 4: 2109, 9 de Julio de 2013. DOI: 10.1038/ncomms3109.
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