Usando radiotelescópios observando estrelas distantes, cientistas conectaram relógios atômicos ópticos em continentes diferentes. Os resultados foram publicados na revista científica Física da Natureza por uma colaboração internacional entre 33 astrônomos e especialistas em relógios do Instituto Nacional de Tecnologia da Informação e Comunicação (NICT, Japão), o Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM, Itália), o Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF, Itália), e o Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, França).

O BIPM em Sèvres perto de Paris calcula rotineiramente o horário internacional recomendado para uso civil (UTC, Tempo Universal Coordenado) a partir da comparação de relógios atômicos por meio de comunicações por satélite. Contudo, as conexões de satélite que são essenciais para manter um tempo global sincronizado não acompanharam o desenvolvimento de novos relógios atômicos:relógios ópticos que usam lasers interagindo com átomos ultracold para dar um tique-taque muito refinado. "Para receber todos os benefícios dos relógios ópticos em UTC, é importante melhorar os métodos de comparação do relógio mundial, "disse Gérard Petit, físico do Departamento de Tempo do BIPM.

Nesta nova pesquisa, fontes de rádio extragalácticas altamente energéticas substituem os satélites como fonte de sinais de referência. O grupo de Sekido Mamoru do NICT projetou dois radiotelescópios especiais, um implantado no Japão e outro na Itália, realizar a conexão utilizando a técnica de Very Long Baseline Interferometry (VLBI). Esses telescópios são capazes de fazer observações em uma grande largura de banda, enquanto antenas parabólicas de apenas 2,4 metros de diâmetro os mantêm transportáveis. "Queremos mostrar que o VLBI de banda larga tem potencial para ser uma ferramenta poderosa não apenas para geodésia e astronomia, mas também para metrologia ", comentou Sekido. Para atingir a sensibilidade necessária, as pequenas antenas funcionaram em conjunto com um radiotelescópio maior de 34 m em Kashima, Japão durante as medições feitas de 14 de outubro de 2018 a 14 de fevereiro de 2019. Para o radiotelescópio Kashima, estas estavam entre as últimas observações antes de o telescópio ser irreparavelmente danificado pelo tufão Faxai em setembro de 2019.

O objetivo da colaboração era conectar dois relógios ópticos na Itália e no Japão, separados por uma distância de linha de base de 8700 km. Esses relógios carregam centenas de átomos ultra-frios em uma rede óptica, uma armadilha atômica projetada com luz laser. Os relógios usam diferentes espécies atômicas:itérbio para o relógio no INRIM e estrôncio no NICT. Ambos são candidatos a uma futura redefinição do segundo no Sistema Internacional de Unidades (SI). "Hoje, a nova geração de relógios ópticos está pressionando para revisar a definição do segundo. O caminho para uma redefinição deve enfrentar o desafio de comparar relógios globalmente, na escala intercontinental, com melhores performances do que hoje, "disse Davide Calonico, chefe da divisão de Metrologia Quântica e Nanotecnologia e coordenador de pesquisas do INRIM.

A conexão é possível observando quasares a bilhões de anos-luz de distância:fontes de rádio alimentadas por buracos negros pesando milhões de massas solares, mas tão distantes que podem ser considerados pontos fixos no céu. Os telescópios visam uma estrela diferente a cada poucos minutos para compensar os efeitos da atmosfera. "Observamos o sinal não de satélites, mas de fontes de rádio cósmicas, "comentou IDO Tetsuya, diretor do "Laboratório de Padrões Espaço-Tempo" e coordenador da pesquisa do NICT. "O VLBI pode nos permitir acessar o UTC na Ásia, contando com o que podemos preparar por nós mesmos, "IDO adicionado.

Antenas como as transportáveis ​​usadas nessas medições podem ser instaladas diretamente nos laboratórios de desenvolvimento de relógios ópticos em todo o mundo. De acordo com Sekido, "uma rede de relógio óptico global conectada por VLBI pode ser realizada pela colaboração entre as comunidades internacionais de metrologia e geodésia, assim como a rede VLBI de banda larga do VLBI Global Observing System (VGOS) já foi estabelecida, "enquanto Petit comentava, "esperando por links ópticos de longa distância, esta pesquisa mostra que ainda há muito a ganhar com links de rádio, onde o VLBI com antenas transportáveis ​​pode complementar os Sistemas Globais de Navegação por Satélite e satélites de telecomunicações. "

Além de melhorar a cronometragem internacional, tal infraestrutura também abre novas maneiras de estudar a física fundamental e a relatividade geral, para explorar variações do campo gravitacional da Terra, ou mesmo a variação das constantes fundamentais subjacentes à física. Federico Perini, coordenadora da pesquisa do INAF, comentou, "Estamos orgulhosos de ter feito parte desta colaboração ajudando a alcançar um passo tão grande no desenvolvimento de uma técnica que, usando as fontes de rádio mais distantes do Universo, possibilita a medição das frequências geradas por dois dos relógios mais precisos aqui na Terra. ”Conclui Calonico, "Nossa comparação usando VLBI oferece uma nova perspectiva para melhorar e investigar novos métodos para comparações de relógio, também olhando para a contaminação entre diferentes disciplinas. "