가동 시간이 라이브 바카라 광학 격자 시계를 사용한 세계 최고 수준의 시간 척도 생성

현재 두 번째는 세슘 원자와 공명하는 마이크로파 주파수(약 92GHz)로 정의되며 정확도는 15~16배입니다(3천만~3억년마다 1초의 편차) 마이크로파 주파수(400~500THz)보다 라이브 바카라 광주파수를 사용하는 광격자시계, 광이온시계 등의 광시계는 시간의 정확도를 1~2배 더 향상시킬 수 있을 것으로 기대되며 초의 재정의를 위한 유력 후보로 꼽힌다 두 번째를 재정의하기 위해서는 광주파수를 사용한 새로운 정의가 마이크로파 주파수를 사용한 현재 정의에 비해 정확하고 장기간에 걸쳐 견고하게 구현되는지 확인하고 현재 정의와의 연속성을 보장하는 등 많은 과제가 남아 있습니다 초의 재정의를 위해 달성하고자 하는 조건 중 하나는 연속적으로 작동할 수 있는 수소메이저 원자시계의 주파수를 광시계를 기반으로 조정하여 장기간에 걸쳐 매우 정확하고 안정적인 시간 척도를 생성하는 것입니다

수소 메이저 원자시계의 주파수는 점진적으로 변하기 때문에 정기적으로 조정되어야 합니다 따라서 위성링크와의 원격 비교를 통해 얻은 UTC와의 시간차를 바탕으로 수소메이저 원자시계의 주파수를 수동으로 조정하여 시간 척도를 생성한다 한편, 광시계를 이용하여 수소메이저 원자시계의 주파수를 조정하면 현재보다 더 라이브 바카라 정확도의 시간 척도가 생성될 것으로 예상되어, 광시계를 시간 척도에 접목시키려는 연구가 많은 국가에서 진행되고 있다 그러나 광시계는 수동으로 미세 조정이 필요한 매우 복잡한 장치이며, 많은 연구 기관에서는 가동 시간이 낮은 경우에만 작동할 수 있으므로 광시계 정지 기간 동안 수소 메이저 원자시계의 주파수 변동을 완전히 억제하는 것은 불가능합니다

AIST 연구원은 요코하마 국립대학교 연구원과 협력하여 광학 격자 시계를 사용하여 연속 230일에 대한 매우 정확한 라이브 바카라 척도를 생성하는 데 성공했습니다

현재, 광시계를 사용하여 얻은 광주파수를 표준으로 사용하도록 두 번째의 재정의가 논의되고 있습니다 초가 재정의되면 현재의 정의보다 수만 배 더 미세한 '점진척도'가 확립되고, 고정밀도의 라이브 바카라과 주파수가 사회에 공급될 수 있을 것으로 기대된다 두 번째 정의를 재정의하기 위해서는 새로운 정의가 정확하고 현재 정의에 비해 장기간에 걸쳐 견고하게 실현되는 등 해결해야 할 많은 문제가 남아 있습니다 그 중, 광시계를 기준으로 원자시계의 주파수를 조절하여 매우 정확하고 안정적인 라이브 바카라 척도를 생성하는 것은 초의 재정의를 위해 달성하고자 하는 조건 중 하나로 간주되어, 광시계를 라이브 바카라 척도에 접목시키려는 연구가 많은 국가에서 진행되고 있다 AIST는 지속적으로 작동하는 원자시계인 수소메이저 원자시계의 주파수를 수동으로 조절해 라이브 바카라 척도를 생성해 왔지만, 광학 격자시계를 이용하면 더욱 정확한 라이브 바카라 척도 생성을 기대할 수 있다 그러나 광학격자시계는 낮은 가동라이브 바카라에서만 동작할 수 있기 때문에 광학격자시계의 셧다운 기간 동안 원자시계의 주파수를 정확하게 조절하는 것이 어려웠다

라이브 바카라 가동 시간에서 성공적으로 작동된 광학 격자 시계에서 이전에 얻은 데이터를 사용하여 후처리 분석에서 수소 메이저 원자 시계의 주파수를 조정하여 광학 격자 시계를 기반으로 한 시간 척도를 생성했습니다 이 시간 척도는 230일 동안 국제 표준시인 UTC 기준 ±1ns(10억분의 1초) 이내라는 세계 최고 수준의 동기화 정확도를 달성했다 이번 성과로 제2의 재정의에 대한 논의가 가속화될 것으로 기대된다

이 기술의 세부사항은 다음에 게시되었습니다물리적 검토 적용2024년 6월 7일(EST)

저널:물리적 검토 적용
논문 제목: 거의 연속적으로 작동하는 광학 격자 시계를 통해 정확한 라이브 바카라 척도 생성
저자: 고바야시 타쿠미, 아카마츠 다이스케, 호사카 카즈모토, 히사이 유스케, 니시야마 아키코, 가와사키 아키오,
와다 마사토, 이나바 하지메, 다나베 다케히코, 스즈야마 토모나리, 홍펑레이, 야스다 마사미
DOI: 101103/PhysRevApplied21064015