Луна и Солнце вызывают не только океанские приливы, но и микроскопические колебания гравитационного потенциала на Земле, из-за чего время в разных точках планеты течет с немного разной скоростью. Физики впервые зафиксировали эти периодические изменения с помощью сети оптических часов, объединенных оптоволоконными линиями.
Чтобы зарегистрировать изменения хода времени, вызванные притяжением Луны и Солнца, международная группа физиков из ведущих научных центров Европы — Физико-технического федерального института (Германия), Национальной физической лаборатории (Великобритания), Лаборатории лазерной физики (Франция) и Национального института метрологических исследований (Италия) — объединила сверхточные оптические часы в единую измерительную сеть.
Устройства связали между собой с помощью специализированных оптоволоконных линий связи протяженностью приблизительно 800 километров. Во время экспериментов ученые использовали как стационарные лабораторные оптические часы на основе атомов стронция и иттербия, так и инновационные портативные оптические часы.
Предыдущие эксперименты с оптическими часами были сосредоточены преимущественно на измерении статических различий гравитации между точками. Теперь ученые впервые смогли зарегистрировать, как эти показатели периодически меняются. Подробное описание эксперимента опубликовали в материалах на arXiv.org.
Притяжение Луны и Солнца создает вариации гравитационного потенциала, эквивалентные изменению высоты объектов на 10 сантиметров (для двух станций, расположенных примерно в 800 километрах друг от друга). Новая европейская сеть оптических часов позволяет обнаружить такие колебания менее чем за сутки измерений, и результаты хорошо согласуются с теоретическими расчетами.
Высочайшая точность оптических часов предъявляет новые требования к измерениям времени. При сравнении удаленных друг от друга приборов ученым теперь необходимо учитывать, как приливные изменения гравитационного потенциала влияют на относительный ход часов. Без поправок эти эффекты могут искажать результаты сверхточных экспериментов, проверки фундаментальных физических теорий и формирования единых шкал времени.
Кроме того, объединенная сеть оптических часов станет мощным инструментом для изучения Земли. Такие чувствительные системы смогут в реальном времени отслеживать, как по планете перераспределяются массы воды и льда, меняется уровень подземных вод, происходят тектонические сдвиги и активизируются вулканы. Наземные квантовые приборы послужат отличным дополнением к спутникам, которые измеряют гравитацию из космоса, позволяя проверять их данные с беспрецедентной точностью.
Автор: Марк Чернов