I mer än ett decennium har National Institute of Standards and Technology (NIST) har presenterat experimentella nästa generations atomur. Dessa klockor, baserat på ytterbium, strontium, aluminium, och kvicksilveratomer, bland andra, har satt rekord för precision och stabilitet.

Men, än sen då? Allt är en del av NIST:s ständiga ansträngningar för att förbättra dess förmåga att underhålla och sprida officiell amerikansk civil tid. En praktisk fråga har varit när sådana experimentella klockor skulle kunna börja användas för att stödja officiell tidtagning.

Nya NIST -simuleringar tyder på att dessa klockor nu kan vara pålitliga och praktiska nog för att börja bidra till kalibreringar som stöder officiell amerikansk civil tid.

För närvarande, cesium fontänklockor NIST-F1 och NIST-F2 manövreras i ungefär en vecka varje månad för att kalibrera NIST-tidsskalor, matriser med vätgasmaskare - mikrovågsversioner av lasrar - upprätthåller officiell amerikansk civil tid för distribution till finansmarknader och miljontals andra användare runt om i världen. Utan sådana kalibreringar, officiell tid går lite.

Nästa generations klockor fungerar med optiska frekvenser, mycket högre än mikrovågsfrekvenserna för cesiumklockor. Optiska klockor är komplexa fysiklaboratorieuppsättningar och körs vanligtvis endast intermittent.

"I princip, den optiska klockan ska vara den bästa frekvensreferensen i byggnaden, "sa Chris Oates, chef för NIST:s Time and Frequency Division. "Dessa klockor blir mer tillförlitliga, mer robust hela tiden. Det har gjorts experiment där de kör dessa saker i dagar. "

"Vi ville svara på frågan, 'Är det värt det just nu att lägga ner lite ansträngning på att försöka jämföra våra befintliga optiska klockor med tidsskalan?' Detta dokument bekräftade att det är vettigt att göra en första utvärdering. "

Verkligen, liknande första demonstrationer pågår på andra nationella metrologiska institut runt om i världen. I sådana demonstrationer, optiska klockor genererar eller håller inte officiell tid - snarare de ger extremt stabila (intermittenta) frekvensreferenser som stöder tidsgenerering.

NIST-simuleringarna fann att för att uppnå samma prestanda som en cesium-fontän-kalibrerad tidsskala, NIST skulle behöva köra en optisk klocka i 12 minuter var 12:e timme, eller 1 timme per dag, eller 4 timmar varannan och var tredje dag, eller 12 timmar i veckan. Bland andra fördelar, sådana kalibreringar kan minska felet i officiell tid till bara 2 nanosekunder (ns), bättre än nuvarande kvittningar på NIST officiell tid.

Eftersom alla tidsfel blir gradvis värre, studien föreslår att man kör en optisk klocka 4 timmar i taget minst 3 gånger i veckan.

NIST använder redan optiska klockor för att övervaka masers i tidsskalan. Planen är nu att bygga ett system för att använda optiska klockresultat för att skapa en "papperstidsskala" och samla in data om hur det kan jämföras med den verkliga saken. I princip, valfri tid och frekvensingång kan användas för att kalibrera tidsskalan; mer exakta ingångar ges större vikt. Förväntningen är att optiska klockor kommer att vara användbara för riktiga kalibreringar även med deras blygsamma tillgänglighet, eftersom de kan ge bra stöd när de kör mindre ofta än cesiumklockor.

För att göra processen enklare, NIST kan styra flera optiska klockor och växla mellan dem för kalibreringsändamål. Genom att köra olika optiska klockor i olika tidsluckor, NIST kan fördela arbetsbelastningen till olika laboratorier och personal.

NIST -simuleringsstudien fann att olika typer av optiska klockor kunde användas för att kalibrera tidsskalan. Det beror på att de flesta av dessa klockor har högre stabilitet och lägre osäkerhet än tidsskalan, så all osäkerhet i uppskattningar av de frekvenskällor som stöder officiell tid beror främst på tidsskalans stabilitetsbegränsningar. Ytterligare, NIST officiell tid kan inte vara mer exakt än internationella standarder, så för tillfället finns det inget brådskande behov av att förbättra tidsskalan.

Det kan snart förändras, dock. Dessa studier kan vara till hjälp vid en framtida omdefiniering av International System of Units (SI). Standardenhet för tid, den andra, har baserats på egenskaperna hos cesiumatomen sedan 1967. Under de kommande åren har det internationella vetenskapliga samfundet förväntas omdefiniera det andra, välja en ny atom som grund för standard atomur och officiell tidtagning.