Los relojes atómicos se utilizan en todo el mundo para indicar la hora con precisión. Cada "tic" del reloj depende de las vibraciones atómicas y sus efectos en los campos electromagnéticos circundantes. Relojes atómicos estándar en uso hoy en día, basado en el átomo de cesio, decir la hora "contando" las frecuencias de radio. Estos relojes pueden medir el tiempo con una precisión de un segundo por cada cientos de millones de años. Los relojes atómicos más nuevos que miden las frecuencias ópticas de la luz son aún más precisos, y eventualmente puede reemplazar a los basados ​​en radio.

Ahora, investigadores de Caltech y el Jet Propulsion Laboratory (JPL), que es administrado por Caltech para la NASA, han ideado un nuevo diseño para un reloj atómico óptico que promete ser el más exacto y preciso hasta el momento (la precisión se refiere a la capacidad del reloj para precisar correctamente la hora, y precisión se refiere a su capacidad para decir la hora con gran detalle). Apodado el "reloj de pinzas, "emplea tecnología en la que se utilizan las denominadas pinzas láser para manipular átomos individuales.

"Uno de los objetivos de los físicos es poder decir la hora con la mayor precisión posible, "dice Manuel Endres, un profesor asistente de física en Caltech que dirigió un nuevo artículo que describe los resultados en la revista Revisión física X . Endres explica que si bien los relojes ultraprecisos pueden no ser necesarios para los propósitos cotidianos de contar el tiempo, podrían conducir a avances en la investigación de la física fundamental, así como a nuevas tecnologías que aún no se han imaginado.

El nuevo diseño de reloj se basa en dos tipos de relojes atómicos ópticos que ya se utilizan. El primer tipo se basa en un solo átomo cargado atrapado, o ion, mientras que el segundo usa miles de átomos neutros atrapados en lo que se llama una red óptica. En el enfoque de iones atrapados, solo un átomo (el ion) necesita ser aislado y controlado con precisión, y esto mejora la precisión del reloj. Por otra parte, el enfoque de la red óptica se beneficia de tener múltiples átomos; con más átomos, hay menos incertidumbres que surgen debido a fluctuaciones cuánticas aleatorias de átomos individuales.

El diseño de reloj atómico del grupo de Endres combina esencialmente las ventajas de los dos diseños, cosechando los beneficios de ambos. En lugar de utilizar una colección de muchos átomos, como es el caso del enfoque de celosía óptica, el nuevo diseño utiliza 40 átomos, y esos átomos se controlan con precisión con pinzas láser. A este respecto, el nuevo diseño se beneficia no solo de tener múltiples átomos, sino también de permitir que los investigadores controlen esos átomos.

"Este enfoque une dos ramas de la física:las técnicas de control de un solo átomo y la medición de precisión, "dice Ivaylo Madjarov, estudiante de posgrado de Caltech y autor principal del nuevo estudio. "Somos pioneros en una nueva plataforma para relojes atómicos".

Madjarov explica que, en general, los átomos en los relojes atómicos actúan como diapasones para ayudar a estabilizar las frecuencias electromagnéticas, o luz láser. "Las oscilaciones de nuestra luz láser actúan como un péndulo que cuenta el paso del tiempo. Los átomos son una referencia muy confiable que asegura que el péndulo oscila a una velocidad constante".

El equipo dice que el nuevo sistema es ideal para futuras investigaciones sobre tecnologías cuánticas. Los átomos de estos sistemas pueden enredarse, o conectado globalmente, y este estado entrelazado puede estabilizar aún más el reloj. "Nuestro enfoque también puede tender un puente hacia la computación cuántica y las arquitecturas de comunicación, ", dice Endres." Al fusionar diferentes técnicas en física, hemos entrado en una nueva frontera ".

los Revisión física X el papel se titula, "Un reloj óptico de matriz atómica con lectura de un solo átomo".