이후 예고 없이 변경될 수 있으므로 미리 양해 바랍니다
2020년 4월 7일
18자리 정밀도의 휴대용 광 격자 시계 개발에 세계 최초로 성공
~아바타 바카라 트리에서 일반 상대성 이론 검증~
1. 발표자
-
타카모토 장남 （ 이화학 아바타 바카라소 개척 아바타 바카라 본부 카토리 양자 계측 아바타 바카라실 전임 아바타 바카라원/이화학 아바타 바카라소 광양자 공학 아바타 바카라 센터 시공간 엔지니어링 아바타 바카라팀 전임 아바타 바카라원) 우시지마 이치로 （ 아바타 바카라 대학 대학원 공학계 연구과 물리 공학 전공 조교) 오마에 선소 （ 이화학 아바타 바카라소 개척 아바타 바카라 본부 향취 양자 계측 아바타 바카라실 아바타 바카라원/이화학 아바타 바카라소 광양자 공학 아바타 바카라 센터 시공간 엔지니어링 아바타 바카라팀 아바타 바카라원) 야하기 토모히로 （ 국토교통성 국토지리원 기획부 측량지도 과장) 고몬 켄고 （ 국토교통성 국토지리원 지리지각활동아바타 바카라센터 우주측지아바타 바카라실 주임아바타 바카라관) 마가이 수명 （ 오사카 공업대학 정보 과학부 교수) 카토리 히데토시 （ 아바타 바카라대학 대학원 공학계 연구과 물리 공학 전공 교수/이화학 연구소 광양자 공학 연구 센터 시공간 엔지니어링 연구팀 팀 리더/이화학 연구소 개척 연구 본부 카토리 양자 계측 연구실 주임 연구원)
2. 발표 포인트
- 18자리 정밀도(백억년에 1초의 어긋남에 해당)를 가진 휴대용 광 격자 시계 개발에 세계 최초로 성공했다
- 아바타 바카라트리의 지상층과 전망대에 설치한 2대의 가반형 광격자 시계를 사용하여 중력 적방 편이를 고정밀도로 관측해
- 플레이트 운동, 화산 활동 등에 따른 지각 변동의 감시 등 아바타 바카라론적 센싱 기술의 실용화가 기대된다
3. 발표 개요
이화학 연구소의 다카모토 장남 전임 연구원과 아바타 바카라 대학 대학원 공학계 연구과의 카토리 히데토시 교수(이화학 연구소 팀 리더/주임 연구원) 등의 공동 연구 그룹은
지금까지 실험실 환경에서 입증된 초고정밀도의 광격자 시계의 소형화·가반화와 실험실외 운전의 실증은
GNSS(전구 측위 위성 시스템) 및 고감도 중력계와 보완적으로 이용할 수 있는 초고정도의 고도차·중력장 계측 시스템의 확립 등
일본 학술 진흥회(JSPS)과 연비 특별 추진 아바타 바카라(JP16H06284) 및 과학 기술 진흥 기구(JST) 미래 사회 창조 사업 「클라우드 광격자 시계에 의한 시공간 정보 기반의 구축」(JPMJMI18A1)의 일부 지원 받고 이루어졌습니다
2020년 4월 6일(영국 시간) 발행 영국 과학지 'Nature Photonics'에 게시됨
아바타 바카라 론적 효과로 고도 측정을 수행하는 것(다른 측량 기법에 대한) 이점을 찾는 것은 어려웠습니다
4.
고정밀도에 동기화된 시간을 필요로 하는 고속 대용량 통신이나 위성 측위 등 현대사회의 핵심 기술입니다
아인슈타인의 아바타 바카라(주 3)에서 유도된 시간 지연으로 인한 주파수 변화 '중력 적 편이' 효과(주 4)를 관찰할 수 있습니다
실험실 외부 환경에서도 18자리 정밀도를 실현할 수 있는 휴대용 스트론튬 광 격자 시계를 개발했습니다(그림 2)
시계 2대의 두 지점 사이의 중력 포텐셜 차이(단위 질량당 위치 에너지 차이)를 구했습니다
450 미터의 고도 차이로 약 21 헤르츠의 차이가 관찰되었습니다-18만 높음(시간이 빨리 진행됨)이 측정되었습니다.[그림 4(b)]-18계측에 사용된 시계가 18자리 정밀도로 일치하는 것으로 확인되었습니다[그림 4(c)]
GNSS 측량과 수준 측량과 레이저 측거의 두 가지 방법으로 측정함과 동시에2=(49,337.1±1.4)×10-18을 얻었습니다.
전통적인 측정 기법으로 얻은 중력 잠재력 차이를 비교하여−5대략 10,000킬로미터의 고저차를 이용하는 로켓/인공위성을 이용한 아바타 바카라론 검증 실험에 육박하는 정밀도입니다
GNSS 측량으로는 검출하기 어려운 수 센티미터 정밀도의 플레이트 운동이나 화산 활동에 의한 지각의 상하 변동의 감시나
5.
잡지 이름: "Nature Photonics"
논문 제목:Test of General Relativity by a Pair of Transportable Optical Lattice Clocks
Toshihiro Yahagi[4]
[1] Quantum Metrology Laboratory
[2] Space-Time Engineering Research Team
[3] Department of Applied Physics
[4] Geospatial Information Authority of Japan
[5] Osaka Institute of Technology
1038/s41566-020-0619-8
추상 URL:https://www.nature.com/articles/s41566-020-0619-8
6.
주1) 광격자 시계
카토리 히데토시 아바타 바카라 대학 대학원 공학계 연구과 준 교수(당시)가 고안한 차세대 원자 시계
주2) 18자리 정밀도
시간이 경과한 후 시간의 차이로 평가합니다-6약 100억년 동안 측정할 때 마침내 1초 벗어나는 정확도
주3) 아바타 바카라
중력이 강한 곳에서는 시간이 천천히 흐르는 것도 일반 아바타 바카라론에서 나오는 것 중 하나입니다
주4) 중력 적방편이
``중력장에서의 실험과 등가속도 운동을 하는 시스템에서의 실험은 구별할 수 없다.''라는 아인슈타인의 등가 원리를 검증하는 것에 해당합니다
주5) 이번 실험과 같이 중력 잠재력 차이가 충분히 작을 때
광격자 시계에서는 다수의 원자를 사용함으로써 (주1) 단시간(수시간)으로 고정밀도의 고도 계측을 할 수 있습니다
7.
광 격자 시계의 개략도
원자(구형)가 레이저 광의 간섭으로 만들어진 미세 공간(광 격자(달걀 팩형))에 포획됨
개발한 2대의 휴대용 광 격자 시계
레이저 냉각된 스트론튬 원자를 광 격자에 포획
그림 3 아바타 바카라 트리의 일반 상대론 검증 실험 개요
2개의 시계의 고도 차이를 기존 측량 기법(GNSS 측량 및 레이저 거리 측정)으로 측정
그림 4 아바타 바카라 트리에 설치된 두 개의 시계의 고도 차이와 주파수 차이의 측정 결과
각 데이터가 오차 내에서 일치하는 것으로 나타났습니다
(b) 지상층과 전망대에 설치된 2대의 광격자 시계의 중력 적방편이
2대의 시계가 18자리 정밀도로 일치하는 것으로 나타났습니다