Чтобы еще больше повысить точность синхронизации, исследователи из шести европейских стран объединились, чтобы сравнить десять сверхточных оптических часов одновременно — в таком масштабе это никогда раньше не делалось. Эти оптические часы используют лазерный свет для измерения переходов атомов между уровнями энергии гораздо точнее, чем традиционные атомные часы цезия. Фактически, оптические часы могут отклоняться не более чем на секунду в течение миллиардов лет.
Чтобы проверить согласованность этих часов, команда провела 38 измерений, так называемое соотношение частот. Четыре измерения никогда не проводились напрямую, и многие из них более точны, чем когда-либо прежде. Этот эксперимент поможет нам приблизиться к обновлению мирового определения секунды, возможно, перейдя от цезиевых часов к оптическим часам.
Хелен Марголис из Национальной физической лаборатории Великобритании сказала: «Атомные часы обеспечивают точные сигналы времени и частоты, которые жизненно важны для многих повседневных технологий, таких как GPS, управление энергосистемой и синхронизация финансовых транзакций».
Соединить эти часы на больших расстояниях сложно. Ученые использовали два метода подключения: сигналы спутникового GPS и специальные оптоволоконные кабели. Все часы могут использовать GPS, но его точность не идеальна из-за шума и проблем с сигналом. Оптоволоконные линии связи, используемые во Франции, Германии и Италии, в 100 раз точнее, но могут покрывать только короткие расстояния. Для часов в одной и той же лаборатории, например, в Германии и Великобритании, короткие оптоволоконные кабели помогают еще больше снизить неопределенность.
Результаты были опубликованы в Optica, журнале, посвященном оптической науке. Исследовательская группа также сравнила различия в различных соотношениях частот в разных системах, чтобы выявить любые несоответствия или закономерности.
«Эти измерения предоставляют ключевую информацию о том, какая дальнейшая работа необходима для оптических часов, чтобы достичь точности и надежности, необходимых для международного хронометража», — сказал Марко Пиццокаро из Национального института атомной энергии Италии (INRIM). Он добавил, что устройство похоже на распределенную лабораторию, которую можно использовать для более глубоких физических исследований, таких как поиск темной материи или проверка основ физики.
Координация всех десяти часов и обеспечение их синхронизации в шести странах потребовали серьезной подготовки. Некоторые результаты не совпадали с предсказаниями, но одновременная работа такого количества часов помогла выявить проблемы.
«Не все результаты оказались такими, как мы ожидали, и мы заметили некоторые несоответствия в наших измерениях», — сказала Рэйчел Годун из NPL. «Однако одновременное сравнение такого количества часов и использование нескольких методов для корреляции часов облегчает определение источника проблемы».
Исследователи говорят, что необходима дополнительная работа, чтобы уменьшить погрешности измерений и обеспечить надежность этих оптических часов в долгосрочной перспективе. Если это удастся сделать, эти часы вскоре могут стать часами, которые мы используем для определения времени во всем мире. Как сказал Томас Линдвалл из VTT MIKES в Финляндии: «Благодаря согласованному набору методов измерения мы можем как проверять согласованность, так и обеспечивать более надежные результаты».
Источник: Оптика (Ссылка 1, Ссылка 2)