Ученые синхронизировали часы с точностью 1-ой квадриллионной доли секунды

Для лучшего понимания, это 1 000 000 000 000 000 часть секунды.

Международная группа, возглавляемая учеными из американского Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST), разработала и испытала технологию синхронизации двух оптических часов.

Ученым удалось синхронизировать оптические часы с точность одной квадриллионной доли секунды

Во время испытаний этой технологии удаленные часы и основные часы разделяло расстояние в 12 километров, а оптический синхросигнал проходил это расстояние через открытое пространство и атмосферу, которая, как известно, вносит большие искажения в подобные сигналы. Несмотря на это удаленные часы удалось синхронизировать с основными с точностью на уровне одной фемтосекунды.

Ключевым моментом новой технологии синхронизации является так называемая оптическая частотная гребенка, за изобретение которой в 2005 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Эта гребенка представляет собой луч специализированного лазера, который производит очень стабильную и точную последовательность оптических импульсов, сдвинутых по частоте относительно друг друга на некоторую величину.

«Мы маркируем импульс лазера частотной гребенки временной меткой, соответствующей «тиканью» наших часов». Это походит на обычные кварцевые часы с той разницей, что генератор наших часов работает на частоте 200 ТГц (200 миллиардов циклов в секунду). Сигнал частотной гребенки маркируется меткой времени не каждую секунду, как в обычных часах, а каждые пять наносекунд», — рассказывает Лаура Синклер (Laura Sinclair), ученая-физик из NIST.

Сигнал лазерной оптической гребенки посылается от основных часов к удаленным и назад. Благодаря некоторым уловкам, ученые смогли измерить время прибытия ответного импульса с точностью до нескольких фемтосекунд. При этом, время прибытия импульса, прошедшего 12-километровую дистанцию, измерялось на обоих концах, а отклонения этого времени составляли сотни пикосекунд.

Отмечая каждый раз время прибытия ответного сигнала, и собрав достаточное количество статистики, ученые смогли рассчитать корректирующие значения, которые позволили изменить показания времени удаленных часов так, что разница между ними и основными составила не более одной фемтосекунды. Вся процедура синхронизации часов происходит достаточно быстро, около половины миллисекунды, что на порядки быстрее, нежели чем это могут обеспечить методы синхронизации с использованием микроволнового излучения.

Несмотря на то, что синхронизируемые часы разделяло 12 километров достаточно бурной атмосферы, ученым не удалось обнаружить никаких аномалий в процессе синхронизации часов.

«Это указывает на то, что такой же метод может быть использован и для синхронизации часов, находящихся на большем удалении от опорных, находящихся, к примеру, на высокой горной вершине или воздушном шаре. А это можно будет использовать для построения и синхронизации целой сети оптических часов, которые будут снабжать сигналами точного времени всех нуждающихся в этом», — рассказывает Лаура Синклер.

В настоящее время исследовательская группа разрабатывает решение для подобного метода синхронизации двух часов, одни из которых находятся в движении. Ведь в данном случае на импульсы лазерной частотной гребенки оказывает воздействие не только атмосфера, но и известный Допплеровский эффект.

Подписывайтесь на Квибл в Viber и Telegram, чтобы быть в курсе самых интересных событий.