Ученые провели самое масштабное сравнение оптических часов в истории: десять устройств в шести странах работали одновременно, а их данные передавались по спутникам и оптоволокну. Эксперимент охватил тысячи километров и стал шагом к переопределению секунды — основы мировой системы времени.

Результаты опубликованы в издании Optica.

Точное время нужно не только для науки, — говорит Хелен Марголис из Национальной физической лаборатории Великобритании. — Без атомных часов не работали бы GPS, энергосети и даже банковские транзакции. Наше исследование поможет улучшить оптические часы и открыть новые применения.

Оптические часы — это усовершенствованные атомные часы. Лазеры возбуждают атомы (например, стронция или иттербия), заставляя их колебаться с невероятной стабильностью. Эти колебания — «тики» часов. Поскольку технологии различаются, критически важно сравнивать часы на расстоянии.

В эксперименте провели 38 сравнений частот между десятью часами. Четыре из них — впервые, остальные — с рекордной точностью.

Мы увидели, насколько часы готовы к роли мирового стандарта, — говорит Марко Пиззокаро из итальянского INRiM. — А еще создали распределенную лабораторию: теперь можно искать темную материю или проверять законы физики, используя сеть часов по всей Европе.

Почему это важно

С 1967 года секунду определяют по цезиевым часам, но оптические в 100 раз точнее. Они ошибаются меньше чем на секунду за миллиарды лет.

Однако для перехода на новый стандарт нужно убедиться, что все часы согласованы.

Как сравнивали

• Спутники: GPS связал все часы, но дал меньшую точность из-за помех.
• Оптоволокно: лазерные линии во Франции, Германии и Италии повысили точность в 100 раз.

Координация десяти часов в разных странах потребовала месяцев подготовки. Результаты оказались неоднозначными: некоторые расхождения выявили слабые места.

Зато мы сразу нашли источники проблем, — отмечает Рейчел Годун из NPL.

Что нужно сделать дальше

• Уменьшить погрешности измерений.
• Доказать стабильность часов в долгосрочных тестах.
• Наладить регулярный вклад оптических часов в мировое время.

Исследование закладывает инфраструктуру для будущего. Например:

• Финансы: наносекундные рассинхронизации в банковских системах могут стоить миллиарды.
• Навигация: точность GPS возрастет, что критично для беспилотников и космоса.
• Наука: сети часов станут детекторами для поиска темной материи или гравитационных волн.

При этом эксперимент охватил только Европу, а для глобального стандарта нужны данные с других континентов. Кроме того, оптоволоконные связи пока локальны — без всемирной сети сверхточных каналов часть потенциала теряется.

Ранее атомные часы размером с чип возвестили о новой грядущей эре точности.