Una colaboración europea que involucra a expertos en relojes del Laboratorio Nacional de Física (NPL), el Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) y el Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) ha utilizado un reloj atómico óptico transportable para medir la gravitación por primera vez. Los resultados del experimento se publicaron en Física de la naturaleza .

Hasta ahora, relojes tan delicados se han restringido a los laboratorios de unas pocas instituciones de investigación importantes. Sin embargo, Los investigadores de PTB han desarrollado un reloj de celosía óptica de estroncio transportable para realizar mediciones en el campo. El reloj transportable fue conducido en un remolque con amortiguación de vibraciones y estabilización de temperatura hasta el Laboratorio Subterráneo Francés Modane (LSM). El laboratorio multidisciplinario está ubicado en medio del túnel de carretera de Fréjus entre Francia e Italia.

Allí, el equipo midió la diferencia de potencial de gravedad entre la ubicación exacta del reloj dentro de la montaña y un segundo reloj en INRIM ubicado a 90 km de distancia en Turín, Italia, a una diferencia de altura de aproximadamente 1, 000 m.

La comparación precisa de los dos relojes fue posible utilizando un enlace de fibra óptica de 150 km de largo establecido por INRIM y un peine de frecuencia de NPL para conectar el reloj al enlace. Los investigadores de la Leibniz Universität Hannover también determinaron la diferencia de potencial de gravedad utilizando técnicas geodésicas convencionales. y se demostró que las dos medidas eran consistentes.

Con mejoras en la precisión del reloj óptico transportable, esta técnica tiene el potencial de resolver diferencias de altura tan pequeñas como 1 cm en la superficie de la Tierra. La ventaja de utilizar relojes ópticos es que pueden realizar mediciones en puntos específicos en contraste con las mediciones basadas en satélites. como GRACE y GOCE, que promedian el potencial de gravedad en escalas de longitud de unos 100 km.

Este nuevo método podría conducir a mediciones de mayor resolución del potencial gravitatorio de la Tierra, permitiendo a los científicos monitorear los cambios de altura continental relacionados con el nivel del mar y la dinámica de las corrientes oceánicas con una precisión sin precedentes. También conducirá a sistemas nacionales de alturas más consistentes.

En la actualidad, diferentes países miden la superficie de la Tierra de la misma manera, pero en relación con diferentes niveles de referencia. Esto ha provocado problemas, como el puente Hochrhein entre Alemania y Suiza, donde la construcción en cada lado utilizó diferentes cálculos del nivel del mar, dando lugar a una discrepancia de 54 cm entre los dos lados.

Lograr la coherencia entre los sistemas de altura nacionales evitará errores costosos en los proyectos de ingeniería y construcción. Las mediciones mejoradas del potencial de gravedad también pueden ayudar a mejorar nuestra comprensión de los efectos geodinámicos asociados con los cambios de masa debajo de la superficie de la Tierra.

Esta tecnología también medirá los cambios en el nivel del mar en tiempo real, permitiendo a los investigadores rastrear las tendencias estacionales y a largo plazo en las masas de las capas de hielo y los cambios generales de la masa oceánica. Estos datos proporcionan información fundamental en los modelos que se utilizan para estudiar y pronosticar los efectos del cambio climático.

Helen Margolis, becario en estándares de frecuencia óptica y metrología en NPL, dijo, "Nuestro experimento de prueba de principio demuestra que los relojes ópticos podrían proporcionar una forma de eliminar las discrepancias y armonizar las mediciones realizadas a través de las fronteras nacionales. Un día, tal tecnología podría ayudar a monitorear los cambios en el nivel del mar resultantes del cambio climático ".

El líder del grupo Christian Lisdat en PTB, dijo, "Se considera que los relojes ópticos son la próxima generación de relojes atómicos, que operan no solo en laboratorios, sino también como instrumentos de precisión móviles".

Davide Calonico en INRIM, dijo, "Demostramos que los relojes ópticos son valiosos sensores cuánticos, y su tecnología cuántica es beneficiosa fuera de la metrología primaria, en geodesia. Juntos, los relojes ópticos y los enlaces de fibra óptica ofrecen la posibilidad de acceder a nuevas y fascinantes investigaciones científicas "

Heiner Denker en Leibniz Universität Hannover, dijo, "Los relojes ópticos recientemente desarrollados tienen el potencial de revolucionar la determinación de la altura geodésica, ya que pueden superar algunas de las limitaciones de las técnicas geodésicas clásicas. Los relojes ópticos podrían ayudar a establecer un sistema de referencia de altura mundial unificado con un impacto significativo en la investigación geodinámica y climática ".