Durante más de una década, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) ha presentado relojes atómicos experimentales de próxima generación. Estos relojes basado en iterbio, estroncio, aluminio, y átomos de mercurio, entre otros, han establecido récords de precisión y estabilidad.

Pero, ¿Y qué? Todo es parte del esfuerzo continuo del NIST para mejorar su capacidad para mantener y difundir el tiempo civil oficial de los EE. UU. Una pregunta práctica ha sido cuándo podrían comenzar a usarse tales relojes experimentales para respaldar el cronometraje oficial.

Las nuevas simulaciones del NIST sugieren que estos relojes ahora pueden ser lo suficientemente confiables y prácticos como para comenzar a contribuir a las calibraciones que respaldan la hora civil oficial de EE. UU.

En la actualidad, Los relojes de fuente de cesio NIST-F1 y NIST-F2 funcionan durante aproximadamente una semana cada mes para calibrar las escalas de tiempo del NIST. matrices de máseres de hidrógeno (versiones de microondas de láseres) que mantienen el tiempo civil oficial de EE. UU. para su distribución a los mercados financieros y millones de otros usuarios en todo el mundo. Sin tales calibraciones, el tiempo oficial se desvía 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, por lo general, solo funcionan de manera intermitente.

"En principio, el reloj óptico debe ser la mejor referencia de frecuencia en el edificio, "dijo Chris Oates, jefe de la División de Frecuencia y Tiempo del NIST. "Estos relojes son cada vez más fiables, más robusto todo el tiempo. Ha habido experimentos en los que ejecutan estas cosas durante días ".

"Queríamos responder la pregunta, "¿Vale la pena ahora dedicar un poco de esfuerzo a tratar de comparar nuestros relojes ópticos existentes con la escala de tiempo?" Este trabajo confirmó que tiene sentido realizar una primera evaluación ".

En efecto, Se están llevando a cabo primeras demostraciones similares en otros Institutos Metrológicos Nacionales de todo el mundo. En tales demostraciones, Los relojes ópticos no generan ni mantienen la hora oficial; más bien, proporcionan referencias de frecuencia extremadamente estables (intermitentes) que admiten la generación de tiempo.

Las simulaciones del 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 al día, o 4 horas cada 2 y 1/3 días, o 12 horas a la semana. Entre otros beneficios, tales calibraciones podrían reducir el error en la hora oficial a solo 2 nanosegundos (ns), mejor que las compensaciones actuales en la hora oficial del NIST.

Debido a que cualquier error de sincronización empeora progresivamente, el estudio sugiere ejecutar un reloj óptico 4 horas a la vez al menos 3 veces a la semana.

NIST ya está utilizando relojes ópticos para monitorear los máseres en la escala de tiempo. El plan ahora es construir un sistema que utilice los resultados del reloj óptico para crear una "escala de tiempo en papel" y acumular datos sobre cómo se compara con la realidad. En principio, se puede utilizar cualquier entrada de tiempo y frecuencia para calibrar la escala de tiempo; a las entradas más precisas se les da más peso. La expectativa es que los relojes ópticos resulten útiles para calibraciones reales incluso con su modesta disponibilidad, ya que podrían proporcionar un buen soporte mientras se ejecutan con menos frecuencia que los relojes de cesio.

Para facilitar el proceso, NIST podría operar múltiples relojes ópticos y cambiar entre ellos con 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 del NIST encontró que se podrían usar varios tipos de relojes ópticos para calibrar la escala de tiempo. Eso es porque 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 respaldan la hora oficial se debe principalmente a las limitaciones de estabilidad de la escala de tiempo. Más lejos, La hora oficial del NIST no puede ser más precisa que los estándares internacionales, así que por ahora no hay una necesidad urgente de mejorar la escala de tiempo.

Eso podría cambiar pronto sin embargo. Estos estudios pueden ser útiles en una futura redefinición del Sistema Internacional de Unidades (SI). La unidad estándar de tiempo, el segundo, se ha basado en las propiedades del átomo de cesio desde 1967. En los próximos años, Se espera que la comunidad científica internacional redefina el segundo, seleccionar un nuevo átomo como base para los relojes atómicos estándar y el cronometraje oficial.