En los últimos años, los relojes atómicos ópticos han hecho un progreso espectacular, llegando a ser 100 veces más precisos que los mejores relojes de cesio. Hasta ahora, su precisión ha estado disponible solo localmente, ya que la transferencia de frecuencia vía satélite no puede proporcionar una resolución suficiente.recientemente cambiado gracias a una nueva conexión óptica directa entre Francia y Alemania, establecida por el trabajo conjunto de Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB en Braunschweig, Systèmes de Référence Temps-Espace LNE-SYRTE en París y el Laboratoire de Physique des Lasers LPL en Villetaneuse Las frecuencias ópticas de alta precisión ahora pueden "viajar" a través de un enlace de fibra óptica de 1400 km entre LNE-SYRTE y PTB, donde se operan los relojes ópticos más precisos de Europa. La primera comparación entre el estroncio óptico francés y alemánrelojes confirma las altas expectativas puestas en la conexión y representa la primera comparación de frecuencia de este tipo a través de las fronteras nacionales: el reloj totalmente independientes de acuerdo con una incertidumbre fraccional sin igual de 5 x 10-17.Los científicos informan sus resultados en la edición actual de Comunicaciones de la naturaleza . Su exitosa colaboración es un primer paso hacia una red europea de relojes ópticos que proporciona señales de referencia ópticas de alta precisión ultraestables a diversos usuarios. Esto beneficiará a diversas áreas de investigación, con aplicaciones en física, astrofísica y geociencia fundamentales.
Las comparaciones de relojes a la resolución más alta permiten una amplia gama de experimentos físicos muy sensibles, por ejemplo, la búsqueda de cambios de constantes fundamentales dependientes del tiempo. Además, la velocidad aparente de un reloj depende del potencial gravitacional local: comparar dosrelojes mide el desplazamiento al rojo gravitacional entre ellos y, por lo tanto, produce su diferencia de altura. Estas mediciones proporcionan puntos de datos para la superficie de referencia geodésica, el llamado "geoide". Este enfoque de investigación es llevado a cabo conjuntamente por físicos y geodesistas en el Centro de Investigación Colaborativa 1128"geo-Q" de la German Science Foundation DFG.
Los relojes atómicos más precisos de hoy se basan en transiciones ópticas. Estos relojes ópticos pueden proporcionar una frecuencia estable con una incertidumbre fraccional de solo unos pocos 10-18. Esto es aproximadamente 100 veces más preciso que los mejores relojes fuente de cesio, que se dan cuenta de launidad de tiempo, el segundo de SI. Sin embargo, las comparaciones de reloj que utilizan la transferencia de frecuencia a través de satélites están limitadas a una resolución de frecuencia cercana a 10‑16.
Por esta razón, científicos de PTB y de dos institutos franceses en París Systèmes de Référence Temps-Espace, LNE-SYRTE y Laboratoire de Physique des Lasers, LPL han estado trabajando durante varios años en una conexión de fibra óptica entre los alemanesy los institutos nacionales franceses de metrología, PTB y LNE-SYRTE. El enlace de 1400 km de longitud ya está completado: se basa en fibras ópticas estándar de telecomunicaciones y las pérdidas de potencia óptica de 200 dB 1020 se compensan mediante amplificadores especialmente desarrollados., las fluctuaciones de frecuencia agregadas durante la propagación a lo largo de la fibra se suprimen activamente en hasta 6 órdenes de magnitud. Esto permite la transmisión de señales ópticas con muy alta estabilidad.
La parte alemana del enlace utiliza fibras e instalaciones ópticas alquiladas comercialmente de la Red Nacional Alemana de Investigación y Educación DFN. La parte francesa del enlace utiliza la red de Educación e Investigación RENATER, operada por GIP RENATER. Aproximadamente a mitad de camino, las señales de LNE-SYRTE y PTB se encuentran en el Centro de TI de la Universidad de Estrasburgo, para que los relojes de los dos institutos puedan compararse allí. Los socios involucrados son: Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB, Institut für Erdmessung IfE der Leibniz-Universität Hannover, Laboratoire de Physique des Lasers Université Paris 13 / Sorbonne Paris Cité / CNRS, LNE-SYRTE Observatoire de Paris / PSL Research University / CNRS / Sorbonne Université / UPMC Univ. Paris 6 / Laboratoire National deMétrologie et d'Essais, y el GIP RENATER CNRS, CPU, CEA, INRIA, CNES, INRA, INSERM, ONERA, CIRAD, IRSTEA, IRD, BRGM y el MESR.
En una primera comparación utilizando los relojes ópticos más estables de PTB y LNE-SYRTE, el enlace estuvo a la altura de las altas expectativas. Las fluctuaciones de frecuencia entre los dos relojes de celosía óptica de estroncio de menos de 2 × 10-17 se observaron después de solo 2000s de tiempo promedio, y el enlace en sí mismo admite comparaciones rápidas de reloj con una incertidumbre por debajo de 10-18. Como ambos relojes se basan en la misma transición atómica, teóricamente deberían suministrar exactamente la misma frecuencia, excepto por el desplazamiento al rojo gravitacional debido al 25m diferencia de altura entre los dos institutos. Esto se confirmó dentro de la incertidumbre combinada de los relojes de 5 × 10-17, correspondiente a una incertidumbre de altura de solo 0,5 m.
Los socios consideran que esta exitosa colaboración es el primer paso importante hacia una red europea de relojes ópticos conectados por enlaces de fibra óptica a la que se podrían unir sucesivamente los relojes ópticos de otros institutos europeos de metrología. Esto debería colocarlos en un papel de liderazgo para la difusiónde frecuencias ópticas de referencia. Como una perspectiva a largo plazo, dicha red puede proporcionar señales de referencia ópticas ultraestables de alta precisión como las disponibles actualmente en los institutos de metrología a una amplia gama de usuarios. Varias áreas de investigación se beneficiarán de esto, incluidas las fundamentalesinvestigación para probar las leyes fundamentales de la física, geociencia y, por último pero no menos importante, metrología. Este trabajo también despeja el camino hacia una redefinición de la unidad de tiempo, el segundo de la IS, a través de comparaciones internacionales regulares de relojes ópticos
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Materiales proporcionado por Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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