Физики добились от атомных часов рекордной синхронизации

Группа исследователей из Института квантовой оптики Общества Макса Планка и Государственного физико-технического института в Германии смогла добиться рекордно точной синхронизации двух атомных часов. Ученые передали синхронизирующие сигналы по оптоволоконному кабелю и получили точность 10^-19 (погрешность переданной частоты в 10¹⁹ раз меньше самой частоты, поэтому величина безразмерная). Подробности приводятся в журнале Physical Review Letters.

Физикам удалось синхронизировать часы, разделенные 1840 километрами оптоволокна. В прошлом году та же группа провела эксперимент с часами в Брауншвейге и Гархинге с расстоянием 920 километров, а в этот раз ученые соединили в Брауншвейге два кабеля так, что сигнал вернулся назад в Гархинг и таким образом была смоделирована линия вдвое большей длины: хотя атомные часы стояли в одном и том же институте, находясь в одном помещении на расстоянии всего в метр друг от друга. На линии, как пишут исследователи в своей статье, при этом находилось 20 усилителей сигнала, так что свет шел не просто по оптоволокну с постоянным составом, а проходил через допированные эрбием участки внутри специальных лазеров, повышающих мощность сигнала и компенсирующих потери на поглощение.

Несмотря на неоднородности оптической среды, температурные деформации (расширение при нагреве с неизбежным увеличением длины кабеля) и помехи ученые смогли на порядок улучшить прошлогодний результат, добившись стабильности частоты на уровне 10^-19. Для сравнения, используемые в настоящее время на практике для синхронизации атомных часов (в том числе на спутниках навигационных систем) радиосигналы дают точность в тысячи раз меньше.

Атомные часы обеспечивают точность до 10^-16, то есть отстают или уходят вперед лишь на одну секунду за несколько сотен миллионов лет. Однако просто высокой точности недостаточно, так как для многих задач (например, для спутниковой навигации и геодезии) нужно еще и синхронизировать часы между собой, а передача информации через реальный канал связи всегда связана с изменением частоты.