Los investigadores han dado un paso crucial hacia el establecimiento de un nuevo estándar de tiempo global al comparar relojes ópticos a miles de kilómetros en seis países.

Helen Margolis, jefa de tiempo y frecuencia del Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido, señaló: «Las precisas señales de tiempo y frecuencia que proporcionan los relojes atómicos son vitales para muchas tecnologías cotidianas, como el Sistema de Posicionamiento Global, la gestión de la red eléctrica y la sincronización de las transacciones financieras».

"Nuestros hallazgos pueden ayudar a mejorar el rendimiento de la próxima generación de relojes ópticos, lo que hará posible la observación de aves y el progreso científico basado en el tiempo y la frecuencia", dijo Margolis.

Un reloj óptico es un tipo de reloj atómico que utiliza láseres para excitar átomos de forma controlada, provocando su transición entre niveles de energía específicos. Estas transiciones ocurren a frecuencias extremadamente precisas, equivalentes al tictac de un reloj convencional.

Dado que los relojes ópticos existen en múltiples formas, cada una utilizando diferentes átomos para medir el tiempo, es necesario compararlos a largas distancias para aprovechar plenamente su potencial.

En este estudio, se utilizaron simultáneamente 10 relojes ópticos diferentes y se realizaron 38 comparaciones (relaciones de frecuencia). Cuatro de estas comparaciones se realizaron por primera vez, y la precisión de las mediciones restantes también fue mucho mayor que la de experimentos anteriores.

Marco Pizzocaro, investigador principal del Instituto Nacional de Investigación Metrológica de Italia, señaló: «Este tipo de medición proporciona información crucial para explicar qué más se debe hacer para que los relojes ópticos alcancen la precisión y la fiabilidad necesarias para la medición del tiempo internacional».

También destacó que este experimento demostró "cómo se pueden conectar relojes ópticos en toda Europa para medir relaciones de frecuencia con la más avanzada precisión" y creó un "laboratorio distribuido".

Durante décadas, el estándar mundial de cronometraje se ha basado en el promedio de las señales de los relojes atómicos de microondas de cesio distribuidos por todo el mundo. Sin embargo, cada vez hay más demandas de utilizar relojes ópticos para redefinir el "segundo" en el Sistema Internacional de Unidades.

Actualmente, la precisión de los relojes ópticos es aproximadamente 100 veces mayor que la de los relojes atómicos de cesio. Presentan una precisión de cronometraje extremadamente alta, con un error de no más de un segundo a lo largo de miles de millones de años.

Sin embargo, para utilizarlos en la medición del tiempo internacional, es necesario comparar los datos de varios relojes ópticos para verificar su correcto funcionamiento. Esto es precisamente lo que pretendía este nuevo experimento.

Thomas Lindvall, científico sénior del Centro Finlandés de Metrología, señaló: «Comparar varios relojes ópticos simultáneamente y utilizar tecnologías de enlace múltiple puede proporcionar información más crucial que las comparaciones de relojes por pares utilizadas anteriormente. Mediante mediciones coordinadas, se puede verificar la consistencia y obtener información más fiable. Estos resultados ayudan a determinar qué reloj o relojes ópticos deben utilizarse en la nueva definición del «segundo».

Para realizar este estudio, los científicos tuvieron que conectar las señales de frecuencia de diferentes sistemas de reloj óptico. Utilizaron dos métodos: señales de radio de satélites y láseres transmitidos por fibra óptica.

El análisis de datos también planteó desafíos para los científicos. Rachel Godun, científica del Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido, declaró: «No todos los resultados fueron los esperados, y observamos algunas inconsistencias en los resultados de las mediciones. Sin embargo, comparar tantos relojes ópticos simultáneamente y usar múltiples técnicas para conectarlos facilitó la identificación de la causa raíz de los problemas».

Este experimento también identificó algunas áreas que requieren mayor investigación. Por ejemplo, para confirmar que todos los relojes ópticos funcionan según lo previsto, es necesario reducir la incertidumbre de la medición hasta que la precisión de todos los relojes alcance el mismo nivel. Posteriormente, las mediciones deben repetirse para confirmar la fiabilidad operativa, reforzando así la confianza en los relojes y sus enlaces. Además, se deben cumplir varios estándares antes de redefinir el "segundo", uno de los cuales consiste en demostrar que los relojes ópticos pueden contribuir de forma regular y continua a la escala de tiempo internacional.