MADRID, 9 Oct. (EUROPA PRESS) -
Utilizando radiotelescopios que observan estrellas distantes, los científicos han conectado por primera vez relojes atómicos ópticos en diferentes continentes.
Los resultados fueron publicados en la revista científica Nature Physics por una colaboración internacional entre 33 astrónomos y expertos en relojes del Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones (NICT, Japón), el Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM, Italia), el Istituto Nazionale. di Astrofisica (INAF, Italia), y Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, Francia).
El BIPM en Svres, cerca de París, calcula de forma rutinaria la hora internacional recomendada para uso civil (UTC, hora universal coordinada) a partir de la comparación de relojes atómicos mediante comunicaciones por satélite. Sin embargo, las conexiones satelitales que son esenciales para mantener una hora global sincronizada no se han mantenido al día con el desarrollo de nuevos relojes atómicos: relojes ópticos que utilizan láseres que interactúan con átomos ultrafríos para dar un tictac muy refinado.
"Para recibir el beneficio completo de los relojes ópticos en UTC, es importante mejorar los métodos de comparación de relojes en todo el mundo", dijo en un comunicado Gérard Petit, físico del Departamento de Tiempo de BIPM.
En esta nueva investigación, las fuentes de radio extragalácticas de alta energía reemplazan a los satélites como fuente de señales de referencia. El grupo de Sekido Mamoru en NICT diseñó dos radiotelescopios especiales, uno desplegado en Japón y el otro en Italia, para realizar la conexión utilizando la técnica de Interferometría de Línea de Base Muy Larga (VLBI).
Estos telescopios son capaces de realizar observaciones en un gran ancho de banda, mientras que los platos de antena de solo 2,4 metros de diámetro permiten que sean transportables. "Queremos mostrar que el VLBI de banda ancha tiene potencial para ser una herramienta poderosa no solo para geodesia y astronomía, sino también para metrología", comentó Sekido. Para alcanzar la sensibilidad requerida, las pequeñas antenas trabajaron en conjunto con un radiotelescopio más grande de 34 m en Kashima, Japón, durante las mediciones tomadas del 14 de octubre de 2018 al 14 de febrero de 2019.
El objetivo de la colaboración era conectar dos relojes ópticos en Italia y Japón, separados por una distancia de referencia de 8.700 km. Estos relojes cargan cientos de átomos ultrafríos en una red óptica, una trampa atómica diseñada con luz láser. Los relojes utilizan diferentes especies atómicas: iterbio para el reloj en INRIM y estroncio en NICT. Ambos son candidatos para una futura redefinición del segundo en el Sistema Internacional de Unidades (SI).
"Hoy, la nueva generación de relojes ópticos está presionando para revisar la definición del segundo. El camino hacia una redefinición debe enfrentar el desafío de comparar relojes a nivel mundial, a escala intercontinental, con mejores rendimientos que los actuales", dijo Davide Calonico, director de la división de Metrología Cuántica y Nanotecnología y coordinador de la investigación del INRIM.
La conexión es posible mediante la observación de cuásares a miles de millones de años luz de distancia: fuentes de radio alimentadas por agujeros negros que pesan millones de masas solares, pero tan distantes que pueden considerarse puntos fijos en el cielo. Los telescopios apuntan a una estrella diferente cada pocos minutos para compensar los efectos de la atmósfera. "Observamos la señal no de satélites, sino de fuentes de radio cósmicas", comentó IDO Tetsuya, director del "Laboratorio de Estándares Espacio-Tiempo" y coordinador de la investigación en NICT. "VLBI puede permitirnos en Asia acceder a UTC confiando en lo que podemos preparar por nosotros mismos", agregó IDO.
Las antenas como las transportables utilizadas en estas medidas se pueden instalar directamente en los laboratorios que desarrollan relojes ópticos en todo el mundo. Según Sekido, "una red de reloj óptico global conectada por VLBI puede realizarse mediante la colaboración entre las comunidades internacionales de metrología y geodesia, al igual que la red VLBI de banda ancha del Sistema de Observación Global VLBI (VGOS) ya se ha establecido".
Además de mejorar el cronometraje internacional, dicha infraestructura también abre nuevas formas de estudiar la física fundamental y la relatividad general, para explorar las variaciones del campo gravitacional de la Tierra o incluso la variación de las constantes fundamentales subyacentes a la física. Federico Perini, coordinador de la investigación del INAF, comentó: "Estamos orgullosos de haber sido parte de esta colaboración ayudando a lograr un paso tan grande en el desarrollo de una técnica que, utilizando las fuentes de radio más distantes del Universo, hace posible la medición de las frecuencias generadas por dos de los relojes más precisos de la Tierra".