Учёные из Национального института информационных и коммуникационных технологий (NICT, Япония), Национального института метрологических исследований (INRIM, Италия), Национального института астрофизики (INAF, Италия) и Международного бюро мер и весов (BIPM, Франция) создали новую систему более точной сверки атомных часов по всему миру с помощью радиотелескопов, наблюдающих за далёкими звёздами. Им удалось соединить оптические атомные часы, находящиеся на разных континентах. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics.
Это очень важное достижение для обеспечения более точной работы многих систем, созданных человечеством. Дело в том, что в атомных часах в качестве эталона используют колебания, происходящие на уровне атомов или молекул. Одна секунда — это 9 192 631 770 периодов электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя уровнями основного состояния атома цезия-133. Это точнейший прибор для измерения времени. И такая точность необходима человечеству во многих сферах. Например, для определения положения космических кораблей, спутников, баллистических ракет, самолётов, подводных лодок и даже беспилотных автомобилей. Атомные часы также используют в системах спутниковой и наземной телекоммуникации, в том числе в базовых станциях мобильной связи. Международное бюро мер и весов в Севре под Парижем ежедневно рассчитывает международное время, рекомендованное для использования в гражданских целях (UTC, всемирное координированное время), на основе сравнения атомных часов через спутниковую связь. Однако спутниковая связь не обеспечивает ту же точность, которую выдают современные оптические атомные часы.
В новом исследовании вместо спутников в качестве источников опорных сигналов было решено использовать волны высокоэнергетических внегалактических радиоисточников. Для этого было разработано два специальных радиотелескопа. Исследовательская группа под руководством Мамуру Секидо (Mamoru Sekido) из NICT хотела реализовать соединение с использованием метода радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (Very-long-baseline interferometry, VLBI). Один из телескопов установили в Японии, а другой в Италии, чтобы соединить пару атомных часов, находящихся на расстоянии 8700 километров друг от друга. Интересно, что часы в INRIM в Италии и в NICT в Японии используют разные атомные частицы: иттербий и стронций. Оба варианта являются кандидатами на замену цезию-133 в определении секунды в Международной системе единиц. Радиотелескопы нацелили на квазары, находящиеся на расстоянии миллиардов световых лет от Земли. Из-за такого удалённого расположения их можно считать фиксированными точками в небе.
Подобные радиотелескопы можно устанавливать в любой точке планеты, где разрабатывают оптические атомные часы. Это позволит любой лаборатории на разных континентах получить доступ к всемирному координированному времени, полагаясь на собственные измерения. Кроме того, такая система также открывает новые способы изучения фундаментальной физики и общей теории относительности, изучения вариаций гравитационного поля Земли или даже вариаций фундаментальных констант, лежащих в основе физики.
