Los relojes atómicos experimentales en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST han logrado tres nuevos registros de rendimiento, ahora marcando con precisión lo suficiente como para no solo mejorar el cronometraje y la navegación, sino también detectar señales débiles de la gravedad, el universo temprano y quizás incluso la oscuridadimportar.
Los relojes atrapan cada uno un millar de átomos de iterbio en redes ópticas, rejillas hechas de rayos láser. Los átomos funcionan vibrando o cambiando entre dos niveles de energía. Al comparar dos relojes independientes, los físicos del NIST lograron un rendimiento récord en tres medidas importantes: incertidumbre sistemática, estabilidad y reproducibilidad.
Publicado en línea el 28 de noviembre en la revista Naturaleza , los nuevos registros del reloj NIST son :
"La incertidumbre sistemática, la estabilidad y la reproducibilidad pueden considerarse la 'escalera real' del rendimiento de estos relojes", dijo el líder del proyecto Andrew Ludlow. "El acuerdo de los dos relojes en este nivel sin precedentes, que llamamos reproducibilidad, es quizásel resultado más importante, porque esencialmente requiere y corrobora los otros dos resultados "
"Esto es especialmente cierto porque la reproducibilidad demostrada muestra que el error total de los relojes cae por debajo de nuestra capacidad general de explicar el efecto de la gravedad en el tiempo aquí en la Tierra. Por lo tanto, a medida que imaginamos relojes como estos en todo el país o el mundo,su rendimiento relativo estaría, por primera vez, limitado por los efectos gravitacionales de la Tierra ".
La teoría de la relatividad de Einstein predice que el tictac de un reloj atómico, es decir, la frecuencia de las vibraciones de los átomos, se reduce, se desplaza hacia el extremo rojo del espectro electromagnético, cuando funciona con una gravedad más fuerte. Es decir, el tiempo pasamás lentamente en elevaciones más bajas.
Si bien estos denominados desplazamientos al rojo degradan el cronometraje de un reloj, esta misma sensibilidad se puede girar sobre su cabeza para medir exquisitamente la gravedad. Los relojes supersensibles pueden mapear la distorsión gravitacional del espacio-tiempo con mayor precisión que nunca. Las aplicaciones incluyen geodesia relativista,que mide la forma gravitacional de la Tierra y detecta señales del universo primitivo, como ondas gravitacionales y tal vez incluso "materia oscura" aún inexplicada
Los relojes de iterbio del NIST ahora exceden la capacidad convencional para medir el geoide, o la forma de la Tierra basada en estudios de mareógrafos del nivel del mar. Las comparaciones de tales relojes ubicados muy separados, como en diferentes continentes, podrían resolver mediciones geodésicas dentro de 1 centímetro, mejor que el estado actual de la técnica de varios centímetros.
En la última década de nuevos registros de rendimiento de reloj anunciados por NIST y otros laboratorios de todo el mundo, este último documento muestra la reproducibilidad a un alto nivel, dicen los investigadores. Además, la comparación de dos relojes es el método tradicional de evaluación del rendimiento.
Entre las mejoras en los últimos relojes de iterbio del NIST estaba la inclusión de blindaje térmico y eléctrico, que rodea los átomos para protegerlos de los campos eléctricos parásitos y permitir a los investigadores caracterizar y corregir mejor los cambios de frecuencia causados por la radiación de calor.
El átomo de iterbio se encuentra entre los posibles candidatos para la redefinición futura de la segunda, la unidad internacional de tiempo, en términos de frecuencias ópticas. Los nuevos registros de reloj del NIST cumplen uno de los requisitos de la hoja de ruta de redefinición internacional, una mejora de 100 veces enprecisión validada sobre los mejores relojes basados en el estándar actual, el átomo de cesio, que vibra a frecuencias de microondas más bajas.
NIST está construyendo un reloj de celosía de iterbio portátil con un rendimiento de última generación que podría transportarse a otros laboratorios de todo el mundo para realizar comparaciones de reloj y a otros lugares para explorar técnicas de geodesia relativistas.
El trabajo es apoyado por el NIST, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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