1.400km de fibra òptica entre França i Alemanya

En els últims anys, els rellotges atòmics òptics han fet progressos espectaculars, arribant a ser 100 vegades més precisos que els millors rellotges de cesi. Fins al moment, la seva precisió ha estat disponible només a nivell local, ja que la transferència de freqüència a través de satèl·lit no pot proporcionar suficient resolució. Això ha canviat recentment gràcies a una nova connexió òptica directa entre França i Alemanya, establerta pel treball conjunt de Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) a Braunschweig (Alemanya), Systèmes de Référence Temps-Espace (NLE-SYRTE) a París (França), i el Laboratoire de Physique des Lasers (LPL) a Villetaneuse (França). Les freqüències òptiques d'alta precisió, ara poden viatjar a través d'un enllaç de fibra òptica de 1400 km entre NLE-SYRTE i PTB, on s'operen els rellotges òptics més precisos a Europa.

La primera comparació entre els rellotges d'estronci òptics francesos i alemanys, confirma les altes expectatives posades en la connexió. Representa la primera comparació de freqüència d'aquest tipus a través de fronteres nacionals: els rellotges completament independents estan d'acord amb una incertesa fraccionària de 5 x 10e-17. Els científics informen dels seus resultats en una edició del Nature Communications.
La seva col·laboració és un primer pas cap a una xarxa europea de rellotges òptics que proporcionen senyals de referència òptica d'alta precisió ultraestables per a diversos usuaris. Això beneficiarà diverses àrees d'investigació, amb aplicacions en la física fonamental, astrofísica i ciències de la terra.

Les comparacions dels rellotges de la més alta resolució permeten una àmplia gamma d'experiments físics molt sensibles, per exemple, la recerca de canvis dependents del temps de constants fonamentals. A més, la taxa aparent d'un rellotge depèn del potencial gravitacional local: la comparació de dos rellotges que mesuren el desplaçament cap al vermell gravitacional entre ells, i per tant produeix la seva diferència. Aquestes mesures proporcionen punts de dades per a la superfície de referència geodèsic, l'anomenat geoide. Aquest enfocament de recerca es porten a terme conjuntament pels físics i geodestes al Centre d'Investigació Cooperativa ("geo-Q") de la Fundació Científica Alemanya (DFG).

Els rellotges atòmics més precisos d'avui dia es basen en les transicions òptiques. Aquests rellotges òptics poden proporcionar una freqüència estable amb una incertesa fraccionària de només 10e-18. És aproximadament 100 vegades més precisa que els millors dels rellotges font de cesi, que donen compte de la unitat de temps. No obstant això, les comparacions de rellotge utilitzant la transferència de freqüència a través de satèl·lits es limiten a una resolució de freqüència de prop de 10e-16.
Per aquesta raó, els científics del PTB i de dos instituts francesos a París (Systèmes de Référence Temps-Espace, NLE-SYRTE i el  Laboratoire de Physique des Lasers, LPL) han estat treballant durant diversos anys en una connexió de fibra òptica de 1400 km entre l'alemany PTB i el instituts nacionals de metrologia francès. Aquest enllaç, es basa en fibres òptiques de telecomunicacions estàndard i pèrdues de potència òptica de 200 dB (10e20) les quals, es compensen per mitjà d'amplificadors desenvolupats especialment. A més, les fluctuacions de freqüència afegides durant la propagació al llarg de la fibra, se suprimeixen activament per fins a 6 vegades l'ordre de magnitud. Això permet la transmissió de senyals òptics amb molt alta estabilitat.

La part alemanya utilitzada de l'enllaç, ha llogat fibres comercials. La part francesa de l'enllaç, ha utilitzat la xarxa per a l'Educació i Investigació RENATER, operada pel GIP RENATER. Aproximadament a meitat de camí, els senyals de LNE-SYRTE i PTB s'uneixen al centre d'IT de la Universitat d'Estrasburg, de manera que els rellotges dels dos instituts es poden comparar.
Els socis involucrats són: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Institut für Erdmessung (IFE) de Leibniz, Universität Hannover; Laboratoire de Physique des Lasers (CNRS); LNE-SYRTE i el GIP RENATER (CNRS, CPU, CEA, INRIA, el CNES, l'INRA, INSERM, ONERA, CIRAD, IRSTEA, IRD, BRGM, i el MESR).

En una primera comparació usant els rellotges òptics més estables del PTB i LNE-SYRTE, l'enllaç ha estat a l'alçada de les altes expectatives. Es van observar fluctuacions de freqüència entre els dos rellotges de la xarxa òptica d'estronci de menys de 2 x 10e-17 després de només 2,000 s de temps de mitjana, i el mateix enllaç admet comparacions ràpides de rellotge amb una incertesa per sota de 10e-18. Com que tots dos rellotges es basen en la mateixa transició atòmica, teòricament han de subministrar exactament la mateixa freqüència -a excepció del desplaçament gravitacional a causa de la diferència d'altura de 25m entre els dos instituts. La incertesa combinada dels rellotges va ser de 5 × 10E-17, que correspon a una incertesa d'alçada de només 0,5m.
Els socis consideren que aquesta estreta col·laboració, és el primer pas important cap a una xarxa europea de rellotges òptics connectats per enllaços de fibra òptica, i que successivament s'hi podran afegir els rellotges òptics d'altres instituts de metrologia europeus.

Font: PHYSorg