Da più di un decennio, il National Institute of Standards and Technology (NIST) ha svelato orologi atomici sperimentali di prossima generazione. Questi orologi, a base di itterbio, stronzio, alluminio, e atomi di mercurio, tra gli altri, hanno stabilito record di precisione e stabilità.

Ma, e allora? Fa tutto parte del continuo sforzo del NIST per migliorare la sua capacità di mantenere e diffondere il tempo civile ufficiale degli Stati Uniti. Una domanda pratica è stata quando tali orologi sperimentali potrebbero iniziare a essere utilizzati per supportare il cronometraggio ufficiale.

Nuove simulazioni del NIST suggeriscono che questi orologi potrebbero ora essere abbastanza affidabili e pratici da iniziare a contribuire alle calibrazioni che supportano l'ora civile ufficiale degli Stati Uniti.

Attualmente, gli orologi a fontana di cesio NIST-F1 e NIST-F2 vengono utilizzati per circa una settimana ogni mese per calibrare le scale temporali NIST, array di maser a idrogeno - versioni a microonde di laser - che mantengono il tempo civile ufficiale degli Stati Uniti per la distribuzione ai mercati finanziari e milioni di altri utenti in tutto il mondo. Senza tali calibrazioni, l'orario ufficiale si sposta un po'.

Gli orologi di nuova generazione funzionano a frequenze ottiche, molto più alte delle frequenze a microonde degli orologi al cesio. Gli orologi ottici sono complesse configurazioni di laboratori di fisica e in genere funzionano solo in modo intermittente.

"In linea di principio, l'orologio ottico dovrebbe essere il miglior riferimento di frequenza nell'edificio, " ha detto Chris Oates, capo della Divisione Tempo e Frequenza del NIST. "Questi orologi stanno diventando più affidabili, sempre più robusto. Ci sono stati esperimenti in cui gestiscono queste cose da giorni".

"Volevamo rispondere alla domanda, "Vale la pena dedicare un po' di tempo adesso a cercare di confrontare i nostri orologi ottici esistenti con la scala temporale?" Questo documento ha confermato che ha senso eseguire una prima valutazione".

Infatti, analoghe prime dimostrazioni sono in corso presso altri Istituti Metrologici Nazionali nel mondo. In tali manifestazioni, gli orologi ottici non stanno generando o mantenendo l'ora ufficiale, piuttosto, forniscono riferimenti di frequenza estremamente stabili (intermittenti) che supportano la generazione del tempo.

Le simulazioni del NIST hanno scoperto che per ottenere le stesse prestazioni di una scala temporale calibrata con una fontana di cesio, Il NIST dovrebbe far funzionare un orologio ottico per 12 minuti ogni 12 ore, o 1 ora al giorno, o 4 ore ogni 2 e 1/3 giorni, o 12 ore settimanali. Tra gli altri vantaggi, tali calibrazioni potrebbero ridurre l'errore nel tempo ufficiale a soli 2 nanosecondi (ns), migliore degli offset attuali nell'ora ufficiale del NIST.

Poiché qualsiasi errore di temporizzazione peggiora progressivamente, lo studio suggerisce di far funzionare un orologio ottico 4 ore alla volta almeno 3 volte a settimana.

Il NIST sta già utilizzando orologi ottici per monitorare i maser nella scala temporale. Il piano ora è costruire un sistema per utilizzare i risultati dell'orologio ottico per creare una "scala temporale cartacea" e accumulare dati su come si confronta con la realtà. In linea di principio, qualsiasi ingresso di tempo e frequenza può essere utilizzato per calibrare la scala temporale; agli input più accurati viene dato più peso. L'aspettativa è che gli orologi ottici si rivelino utili per vere calibrazioni anche con la loro modesta disponibilità, in quanto potrebbero fornire un buon supporto durante l'esecuzione meno spesso degli orologi al cesio.

Per facilitare il processo, Il NIST potrebbe far funzionare più orologi ottici e passare da uno all'altro per scopi di calibrazione. Eseguendo diversi orologi ottici in diverse fasce orarie, Il NIST potrebbe distribuire il carico di lavoro a diversi laboratori e personale.

Lo studio di simulazione del NIST ha scoperto che è possibile utilizzare vari tipi di orologi ottici per calibrare la scala temporale. Questo perché la maggior parte di questi orologi ha una maggiore stabilità e una minore incertezza rispetto alla scala temporale, quindi qualsiasi incertezza nelle stime delle sorgenti di frequenza che supportano l'ora ufficiale sarebbe dovuta principalmente ai limiti di stabilità della scala temporale. Ulteriore, L'ora ufficiale del NIST non può essere più accurata degli standard internazionali, quindi per ora non c'è bisogno urgente di migliorare la scala temporale.

che potrebbe presto cambiare, però. Questi studi possono essere utili in una futura ridefinizione del Sistema Internazionale di Unità (SI). L'unità di tempo standard, il secondo, si basa sulle proprietà dell'atomo di cesio dal 1967. Nei prossimi anni, la comunità scientifica internazionale dovrebbe ridefinire il secondo, selezionando un nuovo atomo come base per gli orologi atomici standard e il cronometraggio ufficiale.