Gli scienziati dell'Emergent Photonics Lab (EPic Lab) dell'Università del Sussex hanno fatto un passo avanti verso un elemento cruciale di un orologio atomico, dispositivi che potrebbero ridurre la nostra dipendenza dalla mappatura satellitare in futuro, utilizzando una tecnologia a raggio laser all'avanguardia. Il loro sviluppo migliora notevolmente l'efficienza della lancetta (che in un orologio tradizionale è responsabile del conteggio), dell'80% - qualcosa che gli scienziati di tutto il mondo hanno cercato di raggiungere.

Attualmente, il Regno Unito dipende dagli Stati Uniti e dall'UE per la mappatura satellitare che molti di noi hanno sui nostri telefoni e nelle nostre auto. Questo ci rende vulnerabili non solo ai capricci della politica internazionale, ma anche alla disponibilità del segnale satellitare.

La dott.ssa Alessia Pasquazi dell'EPic Lab della School of Mathematical and Physical Sciences dell'Università del Sussex spiega la svolta:"Con un orologio atomico portatile, un'ambulanza, Per esempio, potranno comunque accedere alla loro mappatura mentre si trovano in un tunnel, e un pendolare sarà in grado di pianificare il proprio percorso mentre si trova in metropolitana o senza segnale del telefono cellulare in campagna. Gli orologi atomici portatili funzionerebbero su una forma estremamente accurata di mappatura geografica, consentendo l'accesso alla tua posizione e al percorso pianificato senza la necessità del segnale satellitare.

"La nostra svolta migliora l'efficienza della parte dell'orologio responsabile del conteggio dell'80%. Questo ci avvicina di un passo alla visione di orologi atomici portatili che sostituiscono la mappatura satellitare, come il GPS, che potrebbe avvenire entro 20 anni. Questa tecnologia cambierà la vita quotidiana delle persone oltre ad essere potenzialmente applicabile nelle auto senza conducente, droni e l'industria aerospaziale. È eccitante che questo sviluppo sia avvenuto qui nel Sussex".

Gli orologi atomici ottici sono all'apice dei dispositivi di misurazione del tempo, perdendo meno di un secondo ogni dieci miliardi di anni. Attualmente però, sono dispositivi enormi, pesa centinaia di chilogrammi. Per avere una funzione pratica ottimale che potrebbe essere utilizzata dalla tua persona media, la loro dimensione deve essere notevolmente ridotta pur mantenendo la precisione e la velocità degli orologi su larga scala.

In un orologio atomico ottico, il riferimento (il pendolo in un orologio tradizionale) è derivato direttamente dalla proprietà quantistica di un singolo atomo confinato in una camera:è il campo elettromagnetico di un raggio di luce che oscilla centinaia di trilioni di volte al secondo. L'elemento di conteggio dell'orologio necessario per funzionare a questa velocità è un pettine di frequenza ottica, un laser altamente specializzato che emette, contemporaneamente, tanti colori precisi, equidistanti in frequenza.

I micropettini riducono le dimensioni dei pettini di frequenza sfruttando minuscoli dispositivi chiamati microrisonatori ottici. Questi dispositivi hanno catturato l'immaginazione della comunità scientifica mondiale negli ultimi dieci anni, con la loro promessa di realizzare il pieno potenziale dei pettini di frequenza in una forma compatta. Però, sono dispositivi delicati, complessi da utilizzare e in genere non soddisfano i requisiti di pratici orologi atomici.

La svolta all'EPic Lab, dettagliato in un articolo pubblicato oggi (lunedì 11 marzo) sulla rivista, Fotonica della natura , è la dimostrazione di un micro-pettine eccezionalmente efficiente e robusto basato su un tipo unico di onda chiamato 'solitone a cavità laser'.

Continua il dott. Pasquazi:"I solitoni sono onde speciali particolarmente resistenti alle perturbazioni. Tsunami, ad esempio, sono solitoni d'acqua. Possono viaggiare imperturbabili per distanze incredibili; dopo il terremoto in Giappone del 2011 alcuni di loro sono arrivati ​​fino alle coste della California.

"Invece di usare l'acqua, nei nostri esperimenti eseguiti dal Dr. Hualong Bao, usiamo impulsi di luce, confinato in una minuscola cavità su un chip. Il nostro approccio distintivo è quello di inserire il chip in un laser basato su fibre ottiche, lo stesso utilizzato per consegnare internet nelle nostre case.

"Il solitone che viaggia in questa combinazione ha il vantaggio di sfruttare appieno le capacità delle microcavità di generare molti colori, offrendo allo stesso tempo la robustezza e la versatilità del controllo dei laser pulsati. Il prossimo passo è trasferire questa tecnologia basata su chip alla tecnologia in fibra, qualcosa che siamo eccezionalmente ben posizionati per raggiungere l'Università del Sussex".

Il professor Marco Peccianti dell'EPic Lab dell'Università del Sussex aggiunge:"Ci stiamo muovendo verso l'integrazione del nostro dispositivo con quello del riferimento atomico ultracompatto (o pendolo) sviluppato dal gruppo di ricerca del professor Matthias Keller qui all'Università del Sussex. Al lavoro insieme, abbiamo in programma di sviluppare un orologio atomico portatile che potrebbe rivoluzionare il modo in cui contiamo il tempo in futuro.

"Il nostro sviluppo rappresenta un significativo passo avanti nella produzione di pratici orologi atomici e siamo estremamente entusiasti dei nostri piani, che vanno dalle partnership con l'industria aerospaziale britannica, che potrebbe concretizzarsi entro cinque anni, fino agli orologi atomici portatili che potrebbero essere alloggiati nel telefono e all'interno di auto e droni senza conducente entro 20 anni".