Durante más de una década, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST ha presentado los relojes atómicos experimentales de próxima generación. Estos relojes, basados en los átomos de iterbio, estroncio, aluminio y mercurio, entre otros, han establecido récords paraprecisión y estabilidad.
Pero, ¿y qué? Todo es parte del esfuerzo continuo del NIST para mejorar su capacidad de mantener y difundir el tiempo civil oficial de los EE. UU. Una pregunta práctica ha sido cuándo esos relojes experimentales podrían comenzar a usarse para apoyar el cronometraje oficial.
Las nuevas simulaciones de NIST sugieren que estos relojes ahora pueden ser lo suficientemente confiables y prácticos como para comenzar a contribuir a las calibraciones que respaldan el tiempo civil oficial de los EE. UU.
Actualmente, los relojes de fuente de cesio NIST-F1 y NIST-F2 funcionan durante aproximadamente una semana cada mes para calibrar escalas de tiempo NIST, conjuntos de masers de hidrógeno - versiones de láser de láser - manteniendo el tiempo civil oficial de EE. UU. Para su distribución a los mercados financierosy millones de otros usuarios en todo el mundo. Sin tales calibraciones, el tiempo oficial varía un poco.
Los relojes de próxima generación funcionan a frecuencias ópticas, mucho más altas que las frecuencias de microondas de los relojes de cesio. Los relojes ópticos son configuraciones complejas de laboratorio de física y generalmente funcionan solo de manera intermitente.
"En principio, el reloj óptico debería ser la mejor referencia de frecuencia en el edificio", dijo Chris Oates, jefe de la División de Tiempo y Frecuencia del NIST. "Estos relojes se están volviendo más confiables, más robustos todo el tiempo. Ha habido experimentosdonde corren estas cosas por días "
"Queríamos responder la pregunta, '¿Vale la pena gastar un poco de esfuerzo ahora en tratar de comparar nuestros relojes ópticos existentes con la escala de tiempo?' Este documento confirmó que tiene sentido realizar una primera evaluación".
De hecho, se están llevando a cabo primeras demostraciones similares en otros Institutos Nacionales de Metrología de todo el mundo. En tales demostraciones, los relojes ópticos no generan ni mantienen la hora oficial, sino que proporcionan referencias de frecuencia extremadamente estables intermitentes que admiten la generación de tiempo.
Las simulaciones de NIST encontraron que para lograr el mismo rendimiento que una escala de tiempo calibrada con fuente de cesio, NIST necesitaría ejecutar un reloj óptico durante 12 minutos cada 12 horas, o 1 hora por día, o 4 horas cada 2 y 1/ 3 días, o 12 horas por semana. Entre otras ventajas, tales calibraciones podrían reducir el error en el tiempo oficial a solo 2 nanosegundos ns, mejor que las compensaciones actuales en el tiempo oficial del NIST.
Debido a que cualquier error de tiempo empeora progresivamente, el estudio sugiere ejecutar un reloj óptico 4 horas a la vez, al menos 3 veces por semana.
NIST ya está usando relojes ópticos para monitorear los masers en la escala de tiempo. El plan ahora es construir un sistema para usar los resultados del reloj óptico para crear una "escala de tiempo en papel" y acumular datos sobre cómo se compara con la cosa real.En principio, cualquier entrada de tiempo y frecuencia se puede utilizar para calibrar la escala de tiempo; las entradas más precisas tienen más peso. La expectativa es que los relojes ópticos resultarán útiles para calibraciones reales incluso con su modesta disponibilidad, ya que podrían proporcionar un buen soporte mientras se ejecutacon menos frecuencia que los relojes de cesio.
Para facilitar el proceso, NIST podría operar múltiples relojes ópticos y cambiar entre ellos para fines de calibración. Al ejecutar diferentes relojes ópticos en diferentes intervalos de tiempo, NIST podría distribuir la carga de trabajo a diferentes laboratorios y personal.
El estudio de simulación NIST encontró que varios tipos de relojes ópticos podrían usarse para calibrar la escala de tiempo. Esto se debe a que la mayoría de estos relojes tienen mayor estabilidad y menor incertidumbre que la escala de tiempo, por lo que cualquier incertidumbre en las estimaciones de las fuentes de frecuencia que admitenel tiempo oficial se debería principalmente a las limitaciones de estabilidad de la escala de tiempo. Además, el tiempo oficial del NIST no puede ser más preciso que los estándares internacionales, por lo que por ahora no hay una necesidad apremiante de mejorar la escala de tiempo.
Sin embargo, eso podría cambiar pronto. Estos estudios pueden ser útiles en una futura redefinición del Sistema Internacional de Unidades SI. La unidad estándar de tiempo, la segunda, se ha basado en las propiedades del átomo de cesio desde 1967. EnEn los próximos años, se espera que la comunidad científica internacional redefina el segundo, seleccionando un nuevo átomo como base para los relojes atómicos estándar y el cronometraje oficial.
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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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