Los relojes de luz en red sientan las bases para redefinir el segundo

Electrónica

Equipo Editorial del Sitio Web de Innovación Tecnológica - 17/06/2025

Las señales de tiempo y frecuencia precisas son esenciales para tecnologías como el GPS, la gestión de redes eléctricas y el mantenimiento de transacciones financieras. [Imagen: Lovisa Hakansson/Universidad Tecnológica de Chalmers]

Reiniciando el segundo

Parece claro que el futuro de la medición del tiempo pertenece a los relojes atómicos ópticos , y el mayor interés reside en redefinir nuestra unidad de tiempo, el segundo , una constante del Sistema Internacional de Unidades.

Los relojes atómicos ópticos representan una nueva generación de relojes atómicos tradicionales, con la principal diferencia de que en ellos los tictac están definidos por la frecuencia de la oscilación de la luz de un láser, y no por un átomo.

Hoy en día, los relojes ópticos son aproximadamente 100 veces más precisos que los mejores relojes de cesio y miden el tiempo con tanta precisión que perderían o ganarían menos de un segundo en miles de millones de años.

Sin embargo, para redefinir el segundo, es necesario comparar datos de varios relojes ópticos diferentes para comprobar si funcionan como se espera y si concuerdan entre sí. Para ello, investigadores han llevado a cabo una comparación altamente coordinada de relojes ópticos en seis países, como parte de un gran proyecto colaborativo financiado por la Unión Europea.

"Comparar varios relojes simultáneamente y usar más de un tipo de tecnología de enlace proporciona mucha más información que las comparaciones de relojes, principalmente por pares, realizadas hasta la fecha", afirmó Thomas Lindvall, del Instituto VTT de Finlandia. "Con un conjunto coordinado de mediciones, es posible comprobar la consistencia y, al mismo tiempo, obtener resultados más fiables. Estos resultados podrían ayudar a determinar qué reloj(es) óptico(s) deberían utilizarse en la nueva definición del segundo".

Resumen de la campaña de comparación de relojes: Se compararon 10 relojes ópticos en seis países diferentes durante 45 días. [Imagen: Thomas Lindvall et al. - 10.1364/OPTICA.561754]

Comparaciones entre relojes

Esta fue la comparación coordinada más extensa de relojes ópticos jamás realizada, relojes en funcionamiento y los enlaces que los conectan simultáneamente en seis países, abarcando miles de kilómetros.

Se realizaron 38 comparaciones (o relaciones de frecuencia) simultáneamente con diez relojes ópticos diferentes. Cuatro de estas comparaciones se realizaron directamente por primera vez, y muchas de las demás se midieron con mucha mayor precisión que antes.

Para realizar las mediciones, los investigadores conectaron las salidas de frecuencia de los diferentes relojes mediante dos métodos: señales de radio satelitales y luz láser transmitida por fibra óptica. El método satelital utilizó señales GPS del sistema de navegación, disponibles para todos los relojes del estudio. Sin embargo, esta técnica presenta una precisión limitada debido a la incertidumbre de las mediciones causada por factores como el ruido de la señal o las limitaciones del instrumento.

Las conexiones de fibra óptica permitieron realizar mediciones con una precisión 100 veces mayor que la tecnología satelital. Sin embargo, estas conexiones estables y de alta precisión solo pudieron utilizarse para conectar relojes en Francia, Alemania e Italia durante la comparación internacional. Mientras tanto, las comparaciones locales en Alemania y el Reino Unido (donde se ubicaban varios relojes en el mismo instituto) se realizaron mediante fibra óptica corta, lo que redujo considerablemente la incertidumbre.

Necesita mejorarse

El experimento identificó algunas áreas en las que todavía es necesario realizar mejoras.

Por ejemplo, para confirmar que todos los relojes funcionan según lo previsto, es necesario reducir las incertidumbres de las mediciones para que coincidan con la precisión de los propios relojes. Se necesitarán mediciones repetidas para confirmar la fiabilidad del funcionamiento, necesaria para generar confianza tanto en los relojes como en los enlaces. Además, deben cumplirse otros criterios antes de redefinir el segundo, incluyendo demostrar que los relojes ópticos pueden contribuir de forma regular y consistente a las escalas de tiempo internacionales.

"No todos los resultados coincidieron con lo esperado, y observamos algunas inconsistencias en las mediciones", afirmó Rachel Godun, del Laboratorio Nacional de Física (NPL) del Reino Unido. "Sin embargo, comparar tantos relojes a la vez y usar más de una técnica para conectarlos facilitó la identificación del origen del problema".

En resumen: La precisión de los nuevos relojes ópticos se está estudiando con gran profundidad y detalle, pero esto es lo que se necesita para que la redefinición del segundo sea cien veces mejor que la actual. Los científicos que trabajan en este campo deben eliminar las más mínimas imprecisiones en sus relojes para que todos podamos disfrutar de las inmensas ventajas que esto traerá. Y cuando se trata de dieciocho decimales, no hay excusa para escaparse», resumió el profesor José López-Urrutia, del Instituto Max Planck de Física Nuclear.

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