Сравнение часов с самым высоким разрешением позволяет проводить широкий спектр очень чувствительных физических экспериментов, например, поиск зависимых от времени изменений фундаментальных констант. Кроме того, кажущаяся скорость часов зависит от местного гравитационного потенциала: сравнение двух часов измеряет гравитационное красное смещение между ними и, таким образом, дает разницу в их высоте.
Такие измерения обеспечивают точки данных для опорной геодезической поверхности, так называемого «геоида». Этот исследовательский подход осуществляется совместно физиками и геодезистами в Центре совместных исследований 1128 («geo-Q») Немецкого научного фонда (DFG).Самые точные атомные часы сегодня основаны на оптических переходах.
Такие оптические часы могут обеспечить стабильную частоту с относительной погрешностью всего несколько 10-18. Это примерно в 100 раз точнее, чем у лучших часов с цезиевым фонтаном, которые реализуют единицу времени — секунду СИ. Однако сравнение часов с использованием передачи частоты через спутники ограничено разрешением по частоте около 10–16.По этой причине ученые из PTB и из двух французских институтов в Париже (Systemes de Reference Temps-Espace, LNE-SYRTE и Laboratoire de Physique des Lasers, LPL) в течение нескольких лет работали над волоконно-оптическим соединением между Германией и Германией.
Французские национальные метрологические институты, PTB и LNE-SYRTE. Линия протяженностью 1400 км завершена: она основана на стандартных телекоммуникационных оптических волокнах, а потери оптической мощности в 200 дБ (1020) компенсируются с помощью специально разработанных усилителей. Кроме того, флуктуации частоты, добавляемые при распространении по оптоволокну, активно подавляются до 6 порядков величины.
Это позволяет передавать оптические сигналы с очень высокой стабильностью.Немецкая часть линии связи использует коммерчески арендованные оптические волокна и оборудование Немецкой национальной научно-образовательной сети (DFN). Французская часть ссылки использует образовательную и исследовательскую сеть RENATER, управляемую GIP RENATER.
Примерно на полпути сигналы от LNE-SYRTE и PTB встречаются в ИТ-центре Страсбургского университета, чтобы там можно было сравнить часы двух институтов. Участвующие партнеры: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Institut fur Erdmessung (IfE) der Leibniz-Universitat Hannover, Laboratoire de Physique des Lasers (Universite Paris 13 / Sorbonne Paris Cite / CNRS), LNE-SYRTE (Observatoire de Paris) PSL Research University / CNRS / Sorbonne Universite / UPMC Univ. Paris 6 / Laboratoire National de Metrologie et d’Essais) и GIP RENATER (CNRS, CPU, CEA, INRIA, CNES, INRA, INSERM, ONERA, CIRAD, IRSTEA, IRD, BRGM и MESR).
При первом сравнении с использованием наиболее стабильных оптических часов PTB и LNE-SYRTE соединение оправдало большие ожидания. Колебания частоты между двумя часами оптической решетки стронция менее 2 · 10-17 наблюдались только после 2000 с времени усреднения, а сама линия связи поддерживает быстрые сравнения часов с погрешностью ниже 10-18.
Поскольку оба часа основаны на одном и том же атомном переходе, они теоретически должны обеспечивать одинаковую частоту — за исключением гравитационного красного смещения из-за разницы в высоте 25 м между двумя институтами. Это действительно подтвердилось в пределах суммарной погрешности часов 5? 10-17, что соответствует погрешности высоты всего 0,5 м.Партнеры считают это успешное сотрудничество первым важным шагом на пути к европейской сети оптических часов, соединенных волоконно-оптическими линиями, к которым могут последовательно присоединиться оптические часы других европейских метрологических институтов. Это должно поставить их на ведущую роль в распространении опорных оптических частот.
В долгосрочной перспективе такая сеть может предоставлять сверхстабильные высокоточные опорные оптические сигналы (подобные тем, которые в настоящее время доступны в метрологических институтах) для широкого круга пользователей. От этого выиграют различные области исследований, включая фундаментальные исследования (для проверки фундаментальных законов физики), геонауки и, наконец, что не менее важно, метрологию.
Эта работа также прокладывает путь к новому определению единицы времени, секунды СИ, посредством регулярных международных сравнений оптических часов.