時計の秒を精度良くするには時間とレーザーが必要

技術が進歩するにつれ、時間の経過をより正確に描写する能力も向上しています。1967 年に導入されて以来、正確な時間計測の標準となっているのは原子時計です。原子時計のセシウム 33 原子の振動が 1 秒の基準点として機能します。しかし、今月初めにNatureに掲載された新しい論文が私たちに思い出させるように、原子時計は文字通りにも比喩的にも昨日のニュースです。

昨日の同誌の記事によると、合肥にある中国科学技術大学の研究者グループが最近、レーザー光の正確なパルスを使って113キロ（約70.2マイル）離れた光時計を同期させた。これは、これまでの記録のおよそ7倍の距離だ。この画期的な出来事は、計測を研究する科学者である計量学者にとって、10年後までに秒を「再定義」するという大きな前進を意味する。成功すれば、彼らの研究は、既存の原子時計の測定値を使った研究よりも100倍正確になると推定される。

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原子時計のセシウムマイクロ波とは異なり、光時計はストロンチウムやイッテルビウムなどの高周波元素の動きを利用して時間を計測します。これを測定するには、計量学者は異なる大陸の時計の測定値を送信して比較する必要がありますが、これを実現するには衛星が必要なため、大気の閉塞効果に対処して、可能な限り正確な測定を保証する必要があります。レーザーを使用したこれらの最新の進歩は、これらの障害を回避するための大きな前進をもたらします。

より正確な秒を刻む以外にも、光時計には潜在的な利点がたくさんある。ネイチャー誌によると、研究者は一般相対性理論をより正確に検証できるようになるという。一般相対性理論では、重力が大きい地域、つまり高度が低い地域では時間が遅く流れるとされている。光時計の刻みは「例えばプレートの移動など、質量の移動によって生じる重力場の微妙な変化を明らかにすることもできる」と記事は説明している。

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研究者たちは、自信を持って2回目の再起動を行えるようになるまで、まだ多くの課題を抱えている。特に、軌道上の衛星に信号を送るには、中国チームが今しがたやり遂げたのとほぼ同じ距離ではあるが、軌道速度など他の要素も考慮する必要がある。このため、計測学者たちは量子通信衛星というまったく別の分野における最近の進歩に目を向けることになる。