Por mais de uma década, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) tem revelado relógios atômicos experimentais de próxima geração. Esses relógios, com base no itérbio, estrôncio, alumínio, e átomos de mercúrio, entre outros, estabeleceram recordes de precisão e estabilidade.

Mas, e daí? Tudo isso faz parte do esforço contínuo do NIST para melhorar sua capacidade de manter e divulgar o horário oficial dos civis dos EUA. Uma questão prática tem sido quando esses relógios experimentais poderiam começar a ser usados ​​para apoiar a cronometragem oficial.

Novas simulações do NIST sugerem que esses relógios podem agora ser confiáveis ​​e práticos o suficiente para começar a contribuir para calibrações que suportam o horário oficial dos civis dos EUA.

Atualmente, relógios fonte de césio NIST-F1 e NIST-F2 são operados por cerca de uma semana a cada mês para calibrar escalas de tempo NIST, matrizes de masers de hidrogênio - versões de micro-ondas de lasers - mantendo o tempo oficial dos civis dos EUA para distribuição aos mercados financeiros e milhões de outros usuários ao redor do mundo. Sem essas calibrações, o tempo oficial muda um pouco.

Os relógios de última geração operam em frequências ópticas, muito mais altas do que as frequências de microondas dos relógios de césio. Os relógios ópticos são configurações complexas de laboratório de física e normalmente funcionam apenas de forma intermitente.

"Em princípio, o relógio óptico deve ser a melhor referência de frequência no edifício, "disse Chris Oates, chefe da Divisão de Tempo e Frequência do NIST. "Esses relógios estão ficando mais confiáveis, mais robusto o tempo todo. Houve experimentos em que eles executaram essas coisas por dias. "

"Queríamos responder à pergunta, 'Vale a pena agora gastar algum esforço tentando comparar nossos relógios ópticos existentes com a escala de tempo?' Este artigo confirmou que faz sentido realizar uma primeira avaliação. "

De fato, primeiras demonstrações semelhantes estão em andamento em outros Institutos Metrológicos Nacionais em todo o mundo. Em tais demonstrações, relógios ópticos não estão gerando ou mantendo a hora oficial, em vez disso, eles fornecem referências de frequência extremamente estáveis ​​(intermitentes) que suportam a geração de tempo.

As simulações do NIST descobriram que, para atingir o mesmo desempenho de uma escala de tempo calibrada por fonte de césio, O NIST precisaria executar um relógio óptico por 12 minutos a cada 12 horas, ou 1 hora por dia, ou 4 horas a cada 2 e 1/3 dias, ou 12 horas por semana. Entre outros benefícios, tais calibrações podem reduzir o erro na hora oficial para apenas 2 nanossegundos (ns), melhor do que as compensações atuais no horário oficial do NIST.

Porque qualquer erro de tempo fica cada vez pior, o estudo sugere que um relógio óptico funcione 4 horas por vez, pelo menos 3 vezes por semana.

O NIST já está usando relógios ópticos para monitorar masers na escala de tempo. O plano agora é construir um sistema para usar os resultados do relógio óptico para criar uma "escala de tempo no papel" e acumular dados sobre como ela se compara ao real. Em princípio, qualquer entrada de tempo e frequência pode ser usada para calibrar a escala de tempo; entradas mais precisas recebem mais peso. A expectativa é que os relógios ópticos sejam úteis para calibrações reais, mesmo com sua disponibilidade modesta, pois eles podem fornecer um bom suporte enquanto funcionam com menos frequência do que os relógios de césio.

Para tornar o processo mais fácil, O NIST pode operar vários relógios ópticos e alternar entre eles para fins de calibração. Ao executar diferentes relógios ópticos em diferentes intervalos de tempo, O NIST pode distribuir a carga de trabalho para diferentes laboratórios e equipes.

O estudo de simulação do NIST descobriu que vários tipos de relógios ópticos podem ser usados ​​para calibrar a escala de tempo. Isso porque a maioria desses relógios tem maior estabilidade e menor incerteza do que a escala de tempo, portanto, qualquer incerteza nas estimativas das fontes de frequência que suportam o horário oficial seria devido principalmente às limitações de estabilidade da escala de tempo. Avançar, O horário oficial do NIST não pode ser mais preciso do que os padrões internacionais, então, por enquanto, não há necessidade urgente de melhorar a escala de tempo.

Isso pode mudar em breve, Contudo. Esses estudos podem ser úteis em uma futura redefinição do Sistema Internacional de Unidades (SI). A unidade de tempo padrão, o segundo, tem sido baseado nas propriedades do átomo de césio desde 1967. Nos próximos anos, espera-se que a comunidade científica internacional redefina o segundo, selecionando um novo átomo como base para relógios atômicos padrão e cronometragem oficial.