Investigadores del Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB han analizado a fondo los procesos de ruido en su reloj de red óptica con átomos de estroncio neutro. Este análisis demuestra que su reloj atómico óptico ha alcanzado la mejor estabilidad en todo el mundo gracias a un sistema láser recientemente desarrollado cuyola frecuencia es extremadamente estable. Esto permite mediciones de alta precisión en poco tiempo y facilita considerablemente la reducción futura de la incertidumbre de medición total a unas pocas partes en 10 18 .
En la comunidad de investigación, los relojes ópticos han atraído un interés creciente. Podrían permitir que la unidad de tiempo base del SI, la segunda, se realice con una precisión aún mayor en el futuro y, por lo tanto, reemplace la definición actual que se basa en la interacción entreRadiación de microondas y átomos de cesio. Los relojes más precisos, sin embargo, cubren una amplia gama de aplicaciones que van desde la geodesia donde permiten la medición directa y más precisa del potencial gravitacional de la Tierra, hasta la investigación de las "grandes preguntas"de la física moderna como una teoría unificada de las interacciones fundamentales buscando posibles variaciones en las constantes fundamentales por ejemplo, la constante de estructura fina comparando diversos relojes entre sí.
La precisión y la estabilidad de los relojes ópticos se basan principalmente en el hecho de que la frecuencia de la radiación óptica utilizada es mayor en varios órdenes de magnitud que la de la radiación de microondas que se utiliza en los relojes atómicos de cesio, lo que hace quelos relojes son mucho más precisos que los relojes de cesio. En un reloj de estroncio, el enfriamiento por láser se usa para reducir la velocidad de un gas atómico a temperaturas cercanas al cero absoluto. Luego, se excita una transición extremadamente estrecha entre estados propios de larga duración de los átomos para estabilizar elfrecuencia del láser de excitación a la de los átomos. La interrogación simultánea de numerosos átomos conduce a una relación señal-ruido particularmente alta y, por lo tanto, a una alta estabilidad.
Sin embargo, dado que debe prepararse una nube atómica después de cada interrogatorio, se producen interrupciones en la observación de la frecuencia del láser. El láser en sí mismo sirve como un "volante" y comúnmente se estabiliza previamente en un resonador óptico que mantiene la frecuencia del láserestable durante cortos períodos de tiempo. Por lo tanto, los científicos de PTB han desarrollado un resonador cuya frecuencia se encuentra entre las más estables del mundo: con una longitud de 48 cm y un ingenioso aislamiento térmico y mecánico de su entorno, alcanza una inestabilidad de frecuencia fraccional de 8 ×10 -17 .
Los científicos analizaron las contribuciones individuales al ruido de las probabilidades de excitación detectadas de su reloj. Según su análisis, el reloj de estroncio de PTB alcanza el límite de ruido de proyección cuántica, que se debe a las leyes de la física, con tan solo 130 átomos.Este ruido resulta de la medición del estado en sí, ya que después de la excitación, cada átomo está primero en una superposición de los dos estados propios y se proyecta aleatoriamente en uno de los dos estados solo cuando se realiza la medición.
Para analizar la inestabilidad del reloj, el modelo derivado de esto se complementó con la influencia conocida del ruido de frecuencia del láser, y su predicción se verificó experimentalmente mediante una autocomparación del reloj. De esto, los científicos de PTB obtuvieron una fracciónInestabilidad en funcionamiento normal de 1,6 × 10 -16 / τ1 / 2 en función del tiempo promedio τ en segundos. Este es el mejor valor publicado para un reloj atómico hasta ahora. Se espera que facilite considerablemente la reducción adicional de la incertidumbre total del reloj de estroncio apocas partes en 10 18 .
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Materiales proporcionado por Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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