El segundo, redefinido
Cuando se formalizó el sistema internacional (SI) de unidades, la duración del segundo se definió a partir del tiempo de las efemérides. La medición de la frecuencia de la transición al estado fundamental del cesio ofreció una definición nueva y más precisa para sustituir a la del tiempo del segundo a partir de las efemérides. A lo largo de los años, ha surgido una nueva generación de relojes atómicos basados en transiciones ópticas y su frecuencia estable garantizó una precisión mayor que las realizaciones anteriores del segundo del SI. Para validar e integrar esos relojes ópticos en el sistema de tiempo internacional, se necesitan comparaciones directas entre relojes ópticos, ya que solo las comparaciones in situ se pueden realizar con exactitud suficiente. Aunque se han obtenido enlaces de frecuencia de fibra con una incertidumbre sumamente reducida, solo un número limitado de ellos está disponible para realizar comparaciones entre relojes. Además, la incertidumbre en la forma de la geoide afecta a todas las comparaciones remotas con la desviación hacia el rojo debida a la gravedad y, por consiguiente, la exactitud de todas las comparaciones remotas es limitada. Los investigadores iniciaron el proyecto CLOCKLIGHT (Light for clocks), financiado por la Unión Europea, con la finalidad de desarrollar componentes para un reloj transportable adecuado para realizar estas comparaciones. A lo largo de los tres años de duración del proyecto, abordaron los requisitos estrictos de compacidad y robustez en todas las piezas del reloj, especialmente en las fuentes de luz. La mayoría de iones de los relojes ópticos tienen una estructura atómica de tipo metal alcalino. El equipo de CLOCKLIGHT estudió el uso de iones de estroncio, en particular un ion de 88Sr+. Todos los relojes ópticos necesitan un montaje de láseres relativamente complicado para cargar la trampa y realizar la secuencia de medición, en la que primero se enfría el ion, después se excita la transición del reloj y, finalmente, se detecta el estado del ion. Se enfría y detecta un ion de 88Sr+ mediante láseres que provocan la transición de 2S1/2 a 2P1/2 y la transición 2S1/2 a 2D5/2 cuadripolar, respectivamente. Para cargar la trampa, se utiliza la fotoionización en dos etapas combinando fuentes de láser de banda ancha y banda estrecha que ponen el ion a un estado autoionizante. Para enfriar el ion, se construyó un láser azul estabilizado mediante un peine de frecuencias y, para mantener el ion en el ciclo de enfriamiento, se propuso una fuente de luz incoherente y no polarizada para el rebombeo, con el fin de evitar la acumulación de estados oscuros, incluso en el caso de campo magnético nulo. La fuente de luz propuesta se montó en el laboratorio y consiste en un diodo láser para el bombeo y otros componentes de fibra óptica estándar. El hecho de que no se necesite estabilización de frecuencias ni modulación externa de la polarización permitió obtener un funcionamiento simple y fiable. La luz emitida no está polarizada y su coherencia espacial es parecida a la de un láser. En consecuencia, esta fuente se puede enfocar sobre el tamaño de punto necesario para atrapar iones. Además, estas características únicas hacen que esta fuente de luz sea adecuada para obtener un reloj iónico óptico transportable. Sin embargo, un reloj atómico operativo requiere un láser de interrogación para detectar la transición del reloj. Puesto que la transición del reloj es muy estrecha, los investigadores desarrollaron una compleja estabilización multietapa para diodos láser que podría facilitar la pureza espectral suficiente. El rendimiento de todos los nuevos componentes para un reloj atómico transportable se evaluará cuando el reloj de ion único del Centro de metrología y acreditación (MIKES) esté operativo.
Palabras clave
Segundo, reloj transportable, relojes atómicos, CLOCKLIGHT, iones de estroncio, emisión espontánea amplificada
