1초가 중요...광학시계, 세슘 표준 능가...
시간 측정 재정의 한 걸음
시간 측정
불확실성 최소화 측정 안정성 가장 중요
1초가 중요합니다. 과학자들이 6개국에 걸쳐 10개의 시계를 연결하여 시간 측정을 재정의했습니다.
과학자들이 6개국에서 기록적인 정확도로 시간을 비교한 결과, 광학 시계가 세슘 표준을 능가하는 성능을 보였습니다.
Every second counts: Scientists link 10 clocks across 6 nations to redefine timekeeping
시간은 항상 세슘 원자의 진동으로 정의되어 왔습니다. 하지만 현대 물리학이 정밀성의 한계를 더욱 넓히면서, 과학자들은 이제 그 규칙을 다시 쓸 준비를 하고 있습니다.
지난달, 유럽과 일본 전역의 과학자 69명으로 구성된 컨소시엄은 역사상 가장 규모가 크고 가장 체계적인 광학 시계 비교를 완료했습니다. 이를 통해 세계는 초의 정의를 훨씬 더 정확한 기준으로 대체하는 데 한 걸음 더 다가섰
습니다. 핀란드, 프랑스, 독일, 이탈리아, 영국, 일본 등 6개국에서 45일 동안 진행된 이 연구는 위성 신호와 초고안정 광섬유 연결을 모두 사용하여 10개의 광학 시계를 연결했습니다.
새로운 시간을 향해 똑딱거린다
그들은 함께 전례 없는 일관성을 보이는 38개의 주파수 비율 측정을 수행했습니다. 이 중 4개의 비교는 처음으로 직접 수행되었으며, 이는 미래의 글로벌 광학 시간 척도의 실현 가능성을 보여주었습니다.
이탈리아 국립계측연구소(INRiM)의 수석 연구원인 마르코 피조카로는 "이러한 측정 결과는 국제 시각 측정에 필요한 정밀도와 신뢰성을 달성하기 위해 광학 시계에 아직 어떤 작업이 더 필요한지에 대한 중요한 정보를 제공합니다."라고 말했습니다.
"저희 실험은 또한 유럽 전역의 광시계를 연결하여 최첨단 정밀도로 주파수 비율을 측정할 수 있는 방법을 보여주었습니다. 이를 통해 분산형 실험실을 구축할 수 있으며, 암흑 물질 탐색이나 기본 물리 법칙 검증과 같은 기초 물리학 실험을 수행하는 데에도 활용될 수 있습니다."
광시계는 레이저를 사용하여 원자의 정확한 에너지 변화를 유발하는 첨단 원자시계입니다. 이러한 에너지 변화는 정확한 주파수로 발생하며, 시간을 표시하는 매우 안정적인 "틱" 역할을 합니다.
이러한 틱은 현재 협정 세계시(UTC)를 정의하는 데 사용되는 세슘 기반 마이크로파 원자 시계보다 더 정확합니다.
세슘 시계는 1억 년마다 1초씩 오차가 발생할 수 있지만, 오늘날 가장 뛰어난 광학 시계라도 수십억 년 동안 1초도 오차가 나거나 발생하지 않습니다.
서로 다른 광학 시계는 서로 다른 원자를 사용하므로, 모든 잠재력을 활용하려면 일관성과 정확성을 보장하기 위해 먼 거리에 걸쳐 원자를 비교해야 합니다.
핀란드 VTT MIKES의 수석 과학자 토마스 린드발은 "동시에 여러 클럭을 비교하고 여러 유형의 링크 기술을 사용하면 지금까지 수행된 대부분 쌍별 클럭 비교보다 훨씬 더 많은 정보를 얻을 수 있습니다."라고 말했습니다.
"측정 결과를 조율하면 일관성을 확인하는 동시에 더욱 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있습니다. 이러한 결과는 새로운 초 정의에 어떤 광학 시계를 사용해야 할지 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다."
과학은 두 번째를 동기화합니다
이 프로젝트는 여러 국가의 시계를 연결하기 위해 여러 기술의 조합에 의존했습니다. GPS 위성 신호는 전 세계 연결을 제공했지만, 신호 잡음, 대기 간섭, 계측기 제약 등의 요인으로 인해 정확도가 제한되었습니다.
더 높은 정확도를 달성하기 위해 연구진은 맞춤형 광섬유 링크를 사용하여 위성 기반 방식보다 최대 100배 더 정밀한 측정을 가능하게 했습니다. 이러한 매우 안정적인 연결은 프랑스, 독일, 이탈리아의 시계를 연결하는 데 사용되었습니다.
또한, 여러 시계가 같은 연구소에 보관되어 있는 영국과 독일 내에서의 국내 비교에서는 단거리 광섬유를 사용하여 불확실성을 최소화하고 측정 안정성을 높였습니다.
Every second counts: Scientists link 10 clocks across 6 nations to redefine timekeeping
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