科學家們的任務是創(chuàng)建一個全球原子鐘網絡，這將使我們能夠更好地理解物理的基本定律，研究暗物質，并更精確地在地球和太空中導航。
然而，為了發(fā)揮最大效能，這些時鐘需要通過大氣層可靠、快速地連接在一起，這絕非易事。新的研究概述了一個成功的實驗，激光束在2.4公里（1.5 英里）的距離內保持穩(wěn)定。
相比之下，新鏈接的穩(wěn)定性大約是以前組合的任何東西的100倍。它還展示了比這些激光器可用于監(jiān)控的原子鐘高約1,000倍的穩(wěn)定性。
研究人員在他們發(fā)表的論文中寫道：“結果表明，本文提出的相位和幅度穩(wěn)定技術可以為光學原子鐘在湍流大氣中的超精確時間尺度比較提供基礎?！?/p>
該系統(tǒng)建立在去年進行的研究的基礎上，科學家們開發(fā)了一種激光鏈路，能夠以前所未有的穩(wěn)定性在大氣層中保持自身。
在這項新的研究中，研究人員從五樓的窗戶向1.2公里（0.74英里）外的反射器發(fā)射了一束激光。然后，光束被反彈回光源，以達到5分鐘的總距離。
使用降噪技術、溫度控制和對反射器的微小調整，該團隊能夠通過波動的空氣保持激光穩(wěn)定。這里地面的大氣湍流很可能等同于數(shù)百公里的地對衛(wèi)星湍流（空氣更平靜，大氣中的密度較低）。
雖然激光精度在十年左右的時間里一直保持相當穩(wěn)定，但我們最近看到了一些重大改進，包括由 Boulder Atomic Clock Optical Network (BACON) Collaboration 運營并于去年 3 月進行測試的激光裝置。
該裝備涉及脈沖激光，而不是在這項新研究中測試的連續(xù)波激光。兩者在不同的場景下各有優(yōu)勢，但連續(xù)波激光器的穩(wěn)定性更好，可以在設定的時間內傳輸更多的數(shù)據(jù)。
西澳大利亞大學的天體物理學家大衛(wèi)·戈扎德說：“這兩個系統(tǒng)都擊敗了目前最好的原子鐘，所以我們在這里分心，但我們的最終精度更好?！?/p>
一旦原子鐘網絡組合在一起，科學家們將能夠進行的測試包括愛因斯坦的廣義相對論，以及如何解決它與我們所知道的量子物理學的不相容性。
通過非常精確地比較兩個原子鐘的計時——一個在地球上，一個在太空中——科學家們最終希望能夠找出廣義相對論在哪里成立和在哪里成立。如果愛因斯坦的想法是正確的，那么遠離地球引力的時鐘應該會走得更快一些。
但它的用處并不止于此。像這樣的激光最終可以用于管理物體進入軌道的發(fā)射、地球和太空之間的通信，或者連接太空中的兩個點。
“當然，你不能將光纖電纜連接到衛(wèi)星上，”戈扎德說。
該研究已發(fā)表在《物理評論快報》上。
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