Uzak yıldızlardan gelen sinyaller, optik atom saatlerini Dünya’ya ilk kez bağlar

Bilim adamları, uzak yıldızları gözlemleyen radyo teleskopları kullanarak, farklı kıtalardaki optik atomik saatleri birbirine bağladılar. Sonuçlar bilimsel dergide yayınlandı Doğa Fiziği Ulusal Bilgi ve İletişim Teknolojileri Enstitüsü’nde (NICT, Japonya), Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica’da (INRIM, İtalya), Istituto Nazionale di Astrofisica’da (INAF, İtalya) 33 gökbilimci ve saat uzmanı arasında uluslararası bir işbirliği ile ve Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, Fransa).

Paris yakınlarındaki Sevr’deki BIPM, atomik saatlerin karşılaştırılmasından sivil kullanım için önerilen uluslararası zamanı (UTC, Koordineli Evrensel Zaman) rutin olarak hesaplar. uydu iletişimi. Bununla birlikte, senkronize bir küresel zamanı sürdürmek için gerekli olan uydu bağlantıları, yeni atomik saatlerin geliştirilmesine ayak uyduramadı: Çok soğuk atomlarla etkileşime giren lazerleri kullanan optik saatler, çok rafine bir tıklama sağlıyor. BIPM’de Zaman Departmanında fizikçi olan Gérard Petit, “UTC’de optik saatlerden tam olarak yararlanmak için dünya çapında saat karşılaştırma yöntemlerini geliştirmek önemlidir” dedi.

Bu yeni araştırmada, yüksek enerjili ekstragalaktik radyo kaynakları, referans sinyallerinin kaynağı olarak uyduların yerini alıyor. NICT’deki Sekido Mamoru grubu iki özel radyo teleskopları, Biri Japonya’da ve diğeri İtalya’da, Çok Uzun Temel İnterferometri (VLBI) tekniğini kullanarak bağlantıyı gerçekleştirmek için konuşlandırıldı. Bu teleskoplar geniş bir bant genişliğinde gözlem yapabilirken, sadece 2,4 metre çapındaki anten çanakları onları taşınabilir kılar. “Geniş bant VLBI’nin yalnızca jeodezi ve astronomi için değil, aynı zamanda metroloji için de güçlü bir araç olma potansiyeline sahip olduğunu göstermek istiyoruz.” Sekido yorumladı. Küçük antenler, gerekli hassasiyete ulaşmak için 14 Ekim 2018 – 14 Şubat 2019 tarihleri ​​arasında yapılan ölçümlerde Japonya’nın Kashima kentinde daha büyük bir 34 m radyo teleskopu ile birlikte çalıştı. Kashima radyo teleskopu için bunlar, önceki son gözlemler arasındaydı. teleskop, Eylül 2019’da Faxai tayfunu tarafından onarılamaz bir şekilde hasar gördü.

İşbirliğinin amacı, İtalya ve Japonya’da 8700 km’lik bir temel mesafe ile ayrılmış iki optik saati birbirine bağlamaktı. Bu saatler, lazer ışığıyla tasarlanmış atomik bir tuzak olan optik bir kafese yüzlerce ultra soğuk atom yükler. Saatler farklı atom türlerini kullanır: INRIM’deki saat için iterbiyum ve NICT’deki stronsiyum. Her ikisi de, Uluslararası Birimler Sisteminde (SI) ikincinin gelecekte yeniden tanımlanması için adaydır. Başkan Davide Calonico, “Bugün, yeni nesil optik saatler ikincinin tanımını gözden geçirmeye zorluyor. Yeniden tanımlamaya giden yol, saatleri küresel ölçekte, kıtalararası ölçekte bugünden daha iyi performanslarla karşılaştırmanın zorluğuyla yüzleşmelidir,” dedi başkanı Davide Calonico. Kuantum Metroloji ve Nanoteknoloji bölümünden ve INRIM’deki araştırmanın koordinatörü.

Bağlantı, milyarlarca ışık yılı uzaktaki kuasarları gözlemleyerek mümkündür: milyonlarca güneş kütlesi ağırlığındaki kara deliklerden güç alan radyo kaynakları, ancak gökyüzündeki sabit noktalar olarak kabul edilebilecek kadar uzak. Teleskoplar, atmosferin etkilerini telafi etmek için birkaç dakikada bir farklı bir yıldızı hedef alıyor. “Uzay-Zaman Standartları Laboratuvarı” yöneticisi ve NICT’deki araştırmanın koordinatörü IDO Tetsuya, “Uydulardan değil, kozmik radyo kaynaklarından gelen sinyali gözlemledik” yorumunu yaptı. IDO, “VLBI, Asya’da kendi hazırlayabileceğimiz şeylere dayanarak UTC’ye erişmemize izin verebilir,” diye ekledi.

Bu ölçümlerde kullanılan taşınabilir antenler gibi antenler, dünya çapında optik saatler geliştiren laboratuvarlara doğrudan kurulabilir. Sekido’ya göre, “VLBI Küresel Gözlem Sisteminin (VGOS) geniş bant VLBI ağının zaten kurulmuş olması gibi,” VLBI ile bağlanan küresel bir optik saat ağı, uluslararası metroloji ve jeodezi toplulukları arasındaki işbirliği ile gerçekleştirilebilir. ” “uzun mesafeli optik bağlantıları bekleyen bu araştırma, taşınabilir antenlere sahip VLBI’nın Küresel Navigasyon Uydu Sistemlerini ve telekomünikasyon uydularını tamamlayabildiği radyo bağlantılarından hala kazanılacak çok şey olduğunu gösteriyor.”

Uluslararası zaman işleyişini geliştirmenin yanı sıra, böyle bir altyapı aynı zamanda temel fizik ve genel göreliliği incelemek, Dünya’nın yerçekimi alanının varyasyonlarını ve hatta fiziğin altında yatan temel sabitlerin varyasyonlarını keşfetmek için yeni yollar açar. INAF’ta araştırma koordinatörü olan Federico Perini, “Evrendeki en uzak radyo kaynaklarını kullanarak bunu mümkün kılan bir teknik geliştirmede bu kadar büyük bir adım atmaya yardımcı olan bu işbirliğinin bir parçası olmaktan gurur duyuyoruz. Dünyadaki en doğru iki saatin ürettiği frekansların ölçümü. ” Calonico, “VLBI kullanarak yaptığımız karşılaştırmamız, saat karşılaştırmaları için yeni yöntemleri geliştirmek ve araştırmak için yeni bir bakış açısı sağlıyor ve ayrıca farklı disiplinler arasındaki kirliliğe de bakıyor.”

Ulusal Bilgi ve İletişim Teknolojileri Enstitüsü (NICT) tarafından sağlanmıştır