Физикам удалось синхронизировать сверхточные атомные часы на рекордном расстоянии, применив для этого оптоволоконный канал. Разработанный метод ученые опубликовали в журнале Science, Описание (description) работы можно прочитать на сайте Института квантовой оптики общества Макса Планка.
Расстояние между двумя атомными часами, расположенными в Брауншвейге и Гархинге, составляло 920 километров. Для передачи сигнала использовался оптический канал, который обычно служит для телекоммуникации. При передаче света на такие расстояния затухание становится значительным и сигнал приходится усиливать. Для этого ученым пришлось создать специальные усилители, которые можно использовать именно для синхронизации атомных часов. В результате исследователям удалось добиться того, что показания между часами, если выразить их в секундах, совпадали до восемнадцатого знака после запятой.
Работа классических атомных часов основана на колебании электронов в атоме между двумя энергетическими уровнями. Период между колебаниями устанавливает границу точности часов. Переходя из состояния с высокой энергией в состояние с низкой, атомы испускают кванты такой частоты, которая соответствует периоду колебаний. Чем больше частота колебаний, тем потенциально точнее могут быть часы. Большинство существующих атомных часов работают в микроволновом диапазоне и имеют точность до 15 знака после запятой. Авторы использовали современные оптические часы, испускающие кванты в инфракрасном диапазоне, точность которых была существенно выше.
Для синхронизации часов микроволнового диапазона на больших расстояниях обычно используются спутники. Однако максимальная точность синхронизации, достигаемая с помощью спутников, оказывается ниже точности самих часов, поэтому ученые решили использовать оптический канал. Этот способ, дающий в 1000 раз большую точность, уже использовался физиками для синхронизации часов, но в тех случаях речь шла о передаче сигнала на небольшие расстояния.
Точная синхронизация часов поможет ученым провести эксперименты, касающиеся теории относительности и проверить фундаментальные физические константы.
- Подпись автора
