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Ciencia.-Un 'motor eterno' para mantener en hora pequeños relojes atómicos

Científicos del Reino Unido han creado un 'motor eterno' para 'mantener en hora' la próxima generación de relojes atómicos portátiles ultraprecisos.

MADRID, 11 (EUROPA PRESS)

La sincronización precisa es esencial para sistemas como la navegación global, el mapeo satelital, el establecimiento de la composición de los exoplanetas y las próximas generaciones de telecomunicaciones. Pero los relojes atómicos actualmente son dispositivos masivos, que pesan cientos de kilos, que deben alojarse en condiciones precisas y difíciles de mantener.

Es por eso que científicos de todo el mundo están compitiendo para construir versiones portátiles que funcionen en entornos del mundo real y que puedan reemplazar los sistemas de navegación por satélite existentes, como GPS y Galileo.

Ahora, la investigación realizada en la Universidad de Sussex y continuada en la Universidad de Loughborough ha resuelto un obstáculo importante en el desarrollo de estos relojes atómicos portátiles, al descubrir cómo "encender" de manera confiable su dispositivo de conteo y mantenerlos en funcionamiento.

Los micropeines son una parte fundamental de los futuros relojes atómicos ópticos: permiten contar la oscilación del "péndulo atómico" en el reloj, convirtiendo la oscilación atómica a cientos de billones de veces por segundo a mil millones de veces por segundo, una frecuencia de gigahercios, que los sistemas electrónicos modernos pueden medir fácilmente.

Basados en microchips ópticos compatibles con la electrónica, los micropeines son los mejores candidatos para miniaturizar la próxima generación de cronometraje ultrapreciso. Son fuentes de tecnología láser de última generación, compuestas por líneas láser ultraprecisas, igualmente espaciadas en el espectro, que se asemejan a un peine.

Este peculiar espectro abre una serie de aplicaciones que combinan el cronometraje ultrapreciso y la espectroscopia que podrían conducir al descubrimiento de exoplanetas o instrumentos médicos ultrasensibles basados simplemente en escaneos de aliento.

"Nada de esto será posible si los micropeines son tan sensibles que no pueden mantener su estado incluso si alguien ingresa al laboratorio", dijo en un comunicado la profesora Alessia Pasquazi, quien comenzó este proyecto financiado por ERC y EPSRC en Sussex antes de mudarse a Loughborough con su equipo, el mes pasado.

En un nuevo artículo publicado en la revista Nature, la investigación realizada en la Universidad de Sussex por la profesora Pasquazi y su equipo identificó una forma de permitir que el sistema comience por sí mismo y permanezca en un estado estable, esencialmente autorrecuperándose.

"Básicamente, tenemos un 'motor eterno', como un rompenieves si lo miras, que siempre vuelve al mismo estado si algo lo interrumpe", dijo el profesor Pasquazi.

"Un micropeine que se comporta bien usa un tipo especial de onda, llamado solitón de cavidad, que no es fácil de obtener. Al igual que el motor de un automóvil de gasolina, un micropeine prefiere permanecer en un 'estado apagado'. Cuando arranca su automóvil, necesita un motor de arranque que haga que el motor gire correctamente".

"Por el momento, los micropeines no tienen un buen 'motor de arranque'. Es como tener tu auto con la batería rota constantemente, y necesitas que alguien lo empuje cuesta abajo cada vez que necesites usarlo, con la esperanza de que arranque. simplemente habla en la habitación, ya ves que tenemos un problema aquí".

El profesor Marco Peccianti, que trabajó en la investigación en la Universidad de Sussex y dirige el Centro de Investigación Fotónica Emergente recientemente financiado en la Universidad de Loughborough, agregó: "en 2019 ya habíamos demostrado que podíamos usar un tipo diferente de onda para obtener micropeines".

"Los llamamos solitones de cavidad láser porque incrustamos directamente el microchip en un láser estándar y obtuvimos un gran aumento en la eficiencia. Hemos demostrado ahora que nuestro solitón puede convertirse naturalmente en el único estado del sistema, y ??llamamos a este proceso 'autoemergencia'".

El Dr. Juan Sebastián Totero Góngora, investigador del EPSRC en tecnologías cuánticas en Loughborough, explicó que "funciona como un sistema termodinámico simple, que se rige por 'variables globales', como la temperatura y la presión".

"A la presión atmosférica, siempre está seguro de encontrar agua en forma de hielo a -5 grados o como vapor por encima de los 100 grados, lo que sea que haya sucedido antes con las moléculas de agua".

El doctor Maxwell Rowley, quien obtuvo su doctorado en la Universidad de Sussex desarrollando este sistema con el profesor Pasquazi, y que ahora trabaja con CPI TMD Technologies, una división de Communications & Power Industries (CPI), donde continúa el trabajo para comercializar el micropeine, agregó que "de manera similar, cuando configuramos el corriente que conduce el láser al valor apropiado, aquí tenemos la garantía de que el micropeine funcionará en nuestro estado de solitón deseado".

"Es un sistema de configuración y olvido, un 'motor eterno' que siempre recupera el estado correcto".

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