Щоб зробити відлік часу ще точнішим, дослідники з шести європейських країн об’єднали зусилля, щоб одночасно порівняти десять надточних оптичних годинників — щось, чого раніше ніколи не робили в такому масштабі. Ці годинники, які використовують лазери для вимірювання того, як атоми перестрибують між енергетичними рівнями, набагато точніші, ніж традиційні цезієві атомні годинники. Фактично оптичні годинники можуть втрачати або вигравати менше секунди за мільярди років.
Щоб побачити, наскільки точно ці годинники узгоджуються один з одним, команда виконала 38 вимірювань, відомих як коефіцієнти частот. Чотири з них ніколи раніше не проводилися безпосередньо, а багато інших були виконані з більшою точністю, ніж будь-коли. Цей експеримент допомагає нам наблизитися до оновлення того, як світ визначає одну секунду, потенційно переходячи від цезієвих годинників до оптичних.
Хелен Марголіс з Національної фізичної лабораторії Великої Британії зазначила:
«Точні сигнали часу та частоти, які забезпечують атомні годинники, є критично важливими для багатьох повсякденних технологій — таких як GPS, управління енергомережами та синхронізація фінансових транзакцій».
З’єднання цих годинників на великих відстанях виявилося складним завданням. Вчені використовували два методи зв’язку: сигнали GPS від супутників та спеціальні волоконно-оптичні кабелі. GPS був доступний для всіх годинників, але не забезпечував найкращої точності через шуми та нестабільність сигналу. Волоконні лінії, використані у Франції, Німеччині та Італії, забезпечували точність у 100 разів вищу, проте охоплювали лише обмежені відстані. Для годинників у межах однієї лабораторії — наприклад, у Німеччині та Великій Британії — короткі волоконно-оптичні з’єднання ще більше зменшили рівень невизначеності.
Результати дослідження були опубліковані в журналі Optica, який спеціалізується на оптичній науці. Команда також порівнювала різні співвідношення частот у різних системах, щоб виявити можливі невідповідності або закономірності.
«Ці вимірювання надають критично важливу інформацію про те, яка ще робота потрібна для досягнення точності та надійності оптичних годинників, необхідних для використання в міжнародному хронометражі», — сказав Марко Піццокаро з італійського INRiM. Він додав, що ця система діяла як розподілена лабораторія, яку можна буде використати для глибших фізичних досліджень, зокрема пошуку темної матерії або тестування фундаментальних фізичних законів.
Координація роботи всіх десяти годинників і забезпечення їх синхронізації в шести країнах вимагали значної підготовки. Деякі результати не відповідали очікуванням, однак саме одночасне порівняння такої великої кількості годинників дозволило виявити, де виникали проблеми.
«Не всі результати підтвердили наші очікування, і ми спостерігали деякі невідповідності у вимірюваннях», — сказала Рейчел Годун з NPL.
«Однак порівняння такої кількості годинників одночасно та використання кількох методів їх зв’язку дозволили легше визначити джерела проблем».
Дослідники зазначають, що потрібна подальша робота для зниження рівня невизначеності у вимірюваннях і забезпечення довготривалої надійності оптичних годинників. Якщо це вдасться, такі годинники незабаром можуть стати новим глобальним стандартом вимірювання часу.
Як зазначив Томас Ліндвалл із фінського VTT MIKES: «Завдяки скоординованому набору вимірювань стає можливим перевіряти узгодженість, а також забезпечувати більш достовірні результати».