Corea remide con 50 veces más precisión la frecuencia del estroncio

Durante 88 años, el número que indica a un láser dónde colocarse para atrapar un átomo de estroncio se ha basado en una medición realizada en 1938, cuando los investigadores compararon la luz solar con la luz de arco del estroncio. El Instituto de Investigación de Normas y Ciencia de Corea, conocido como KRISS, acaba de medir de nuevo esa frecuencia, y el nuevo valor tiene una incertidumbre reducida en más de 50 veces. La medición se refiere a la transición óptica del estroncio de 461 nanómetros, y el resultado se publica en la revista Metrologia.

La cifra antigua nunca fue lo bastante precisa para el trabajo actual. El estroncio se emplea en relojes de red óptica y en sensores cuánticos, donde los átomos en movimiento rápido deben frenarse y atraparse mediante láseres sintonizados exactamente con la frecuencia de resonancia de una transición atómica. Sin un número fiable, los experimentadores han tenido que observar directamente la respuesta de los átomos y ajustar el láser por ensayo y error, como quien gira el dial de una radio analógica para encontrar una emisora. El nuevo valor sustituye esa búsqueda por un punto de referencia, y la incertidumbre se sitúa ahora en unos 5 megahercios, tras lo que el equipo describe como una campaña de medidas de precisión de un año de duración.

La herramienta clave es un «chip de rejilla fotónica», desarrollado por el KRISS junto con el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea y el Centro Nacional de Nanofabricación. Su superficie tiene una rejilla fina que difracta y refleja la luz en direcciones determinadas cuando se coloca dentro de un vacío. Las configuraciones convencionales alinean varios espejos externos, y cada uno puede captar vibraciones mecánicas; el chip elimina gran parte de esa fuente de error, y un solo chip puede generar haces láser en varias direcciones, lo que simplifica la configuración óptica. Una vez reducidos los errores del equipo, los investigadores determinaron la frecuencia con dos métodos basados en principios distintos. Uno lee cómo responden los átomos a la luz a medida que cambia la frecuencia del láser; el otro deduce la frecuencia a partir de la distribución de velocidades de un haz atómico frenado por láseres. Los dos resultados coincidieron dentro de sus márgenes de error, y el valor final los combina según las directrices internacionales.

La medición está vinculada a la hora estándar de Corea, la referencia nacional de tiempo y frecuencia que mantiene el KRISS, y esa referencia está ligada al Sistema Internacional de Unidades, de modo que la cifra puede compararse con la misma referencia en cualquier lugar del mundo. Para quienes construyen estos dispositivos, la ganancia es práctica: un punto de partida común y preciso, en lugar de un número que hay que volver a descubrir en cada laboratorio. El doctor Jae Hoon Lee, investigador principal del Grupo de Detección Cuántica Atómica del KRISS, resumió así lo que está en juego: «la principal importancia de esta investigación no es simplemente que hayamos vuelto a medir un único valor de frecuencia, sino que hemos ofrecido de forma proactiva un punto de referencia de medición precisa para las tecnologías cuánticas de nueva generación».

El equipo prevé que el valor ayude a liberar a los dispositivos cuánticos de nueva generación de las voluminosas referencias de frecuencia atómica externas, sobre todo combinado con la tecnología de síntesis de frecuencias ópticas que se está desarrollando, y que acelere la miniaturización y la comercialización de los dispositivos de átomos fríos. Son expectativas, no productos: el resultado es una única medición de una transición, y todavía tiene que ser adoptado por los fabricantes de relojes y sensores. El KRISS no ofrece un calendario para dispositivos comerciales y no nombra ningún socio industrial.