Polonya ve Almanya en iyi saatlerini birbirine bağladı; fiber optik "zaman köprüsü" oluşturuldu

Polonya ve Almanya, laboratuvarlarını optik fiberle birbirine bağladı ve bu da her iki ülkedeki en doğru saatlerin ölçümlerinin karşılaştırılmasına olanak sağladı. Bu, Avrupa'da bir zaman ölçüm merkezleri ağı oluşturma yolunda atılan ilk adımdır.

Günümüzde zamanın ne kadar hassas ölçüldüğü, navigasyonu, bankacılığı, ulusal güvenliği etkiliyor ve hatta depremleri tahmin etmeye bile yardımcı oluyor.

Nicolaus Copernicus Üniversitesi'nden fizikçi Prof. Michał Zawada, PAP'a yaptığı açıklamada, "Dünyada onlarca yıldır tek bir, hatasız standart saat yok - Sèvre kilogram standardına eşdeğer - ve tüm dünya saatlerinin senkronize olması gerekiyor," dedi. Günümüzde bir zaman standardı elde etmek için, dünyanın farklı yerlerindeki saatler arasındaki ölçümleri gerçek zamanlı olarak karşılaştırabilmek ve hesaplamalarını ortalamak gerektiğini de sözlerine ekledi.

Şimdiye kadar, zaman ölçümlerini karşılaştırmak için bir radyo sinyali yeterliydi. Şimdi bunun artık yeterli olmadığı anlaşılıyor - bunun için uygun şekilde hazırlanmış fiber optik ağlar gerekli hale geliyor.

Polonya'nın bu tür uluslararası köprüler oluşturmak için öncü faaliyetlerde bulunmasının nedeni budur. Avrupa GÉANT ağının bir parçası olarak, yaklaşık 690 km'yi kapsayan ilk uluslararası akademik fiber optik Pathfinder bağlantısı geçen sonbaharda başlatıldı. Polonya PIONIER ağı (yaklaşık 270 km) tarafından sağlanan ve Almanya'daki GÉANT ağı (yaklaşık 420 km) tarafından kiralanan fiber optik fiberlerden oluşur. Fiber optik köprü, Braunschweig'deki Ulusal Metroloji Enstitüsünü Poznań Süper Bilgisayar ve Ağ Merkezi'ne bağlar. PSNC'de köprü, Polonya'da onlarca yıldır var olan ve en büyük Polonya akademik merkezlerini birbirine bağlayan ticari olmayan optik ağ PIONIER ile bağlantı kurar.

Bu şekilde, Braunschweig'de yapılan zaman ölçümleri, örneğin Polonya'daki en doğru iki saatin çalıştığı UMK'ya gönderilir - optik atom saatleri. Veya Polonya'nın resmi saatini tutan Varşova'daki Merkez Ölçüm Ofisine.

Neden süper hassas saatlere ihtiyacımız var? Sarkaçlı saatlerin istikrarlı tik takları ve kurmalı saatlerdeki dişlilerin hareketi, dakikaları iyi ölçmelerine olanak tanıyabilir, ancak saniyenin kesirlerini -örneğin profesyonel sporlarda önemli olan- işleyemezler. Bu yüzden kuvars saatler yarım yüzyıl önce oyuna girdi ve kristal "kalpleri" saniyede 32.000 atış yaptı.

Ve yine de - bu oran bile GPS navigasyonu, bankacılık veya askeri uygulamalar için zamanı hesaplamak için çok yavaştır. Bu nedenle atom saatleri, zaman ölçümünün atom uyarımlarının hızına dayandığı zaman için standart haline gelmiştir. GUM'daki, PCSS'deki veya Borówiec'teki bu tür saatler - saniyede on milyon milyar kez (10 üzeri eksi 16 saniye) tıklar.

Ama bu bile kesinliğin sınırı değil: Örneğin UMK'de çalışan optik atom saatlerinin "sarkaçları" saniyede bir milyar kere milyar kez tik tak ediyor (atom saatlerinden yüz kat daha kesin).

Zamanı bu kadar kesin bir şekilde ölçebilirsek, Evrenin çok belirgin olmayan özellikleriyle ilgili hesaplamalar -örneğin, yerçekimiyle ilgili olanlar- mümkün hale gelir. Einstein'ın teorisinden bildiğimiz gibi, yerçekimi uzay-zamanı büker - zaman büyük nesnelerin yakınında daha yavaş, onlardan uzakta daha hızlı akar. Ve bu, Kültür ve Bilim Sarayı'ndaki saatin, metroya binen Varşova sakinlerinin kollarındaki saatlerden biraz daha hızlı çalıştığı anlamına gelir. Bu farklılıkların günlük yaşamda hiçbir önemi yoktur. Ancak, zamandaki bu kadar küçük farkları nasıl ölçeceğimizi bilirsek, bunlar birçok gelişmiş teknolojide kullanılabilir.

Örneğin, Japon bilim insanları depremleri tahmin etmek için süper hassas saatler kullanıyor. “Yeraltında kütlelerin dağılımı değiştiğinde - örneğin, bir volkanın altındaki bir kaldera lavla dolduğunda, belirli bir yerdeki yerçekimi alanı değişir ve sonuç olarak zaman orada, örneğin, eskisinden biraz daha yavaş akar. Aktif bir volkanın saatini, sabit bir yerdeki bir saatle karşılaştırdığınızda, bunların senkronize olmadığı ortaya çıkar - biri diğerinden farklı çalışmaya başlar,” diye açıklıyor Prof. Zawada. Bu sayede, sakinleri zamanında uyaracak ve bir depreme hazırlanmalarına olanak tanıyacak bir sistem oluşturulacak.

Optik atom saatleri ayrıca süper hassas yer navigasyon sistemlerinin inşasına yardımcı olacaktır. Kuantum kriptografisi ve bankacılık da bundan faydalanabilir, çünkü işlemlerin sırasını daha da hızlı kontrol edebileceklerdir. Radyo teleskopları kullanan gökbilimciler de gözlemlenen bir olgunun tam zamanı hakkında bilgiye ihtiyaç duyarlar. Ayrıca kozmik mesafeleri ve kütleleri doğru bir şekilde ölçmek için saatlere ihtiyaç duyarlar - zaman ölçümlerinin doğruluğunu artırmaya güvenmektedirler.

Ancak, zamanı büyük bir kesinlikle ölçmenin, ancak bunu dünyanın diğer yerlerindeki ölçümlerle karşılaştırabildiğimizde daha anlamlı hale geldiği açıktır.

Prof. Zawada, bu projede mevcut ticari fiber optik ağların kullanılmasının hem pahalı hem de uygulanmasının zor olacağını, inşaat ve bakımı sırasında bilim insanlarının, fotonların bağlantılar üzerinde düzgün şekilde çoğaltılıp çoğaltıldığından emin olmak için fiber optik altyapıya sürekli erişimlerinin olması gerektiğini açıklıyor.

Böylece, Polonya-Almanya Pathfinder'ın uzunluğu boyunca 10 sinyal yükseltme noktası ve bir zaman ve frekans transfer rejeneratörü yerleştirilmiştir. Bu köprüyü inşa etmek için PCSS tarafından tedarik edilen, Polonya'da AGH Bilim ve Teknoloji Üniversitesi ve PCSS ile işbirliği içinde geliştirilen ve üretilen iletim cihazları kullanılmıştır.

Ancak UMK'dan araştırmacı, projedeki en büyük zorluğun bürokratik ve politik meseleler olduğunu belirtiyor: eyalet sınırlarını geçen bir fiber optik kablonun inşasının resmi olarak nasıl organize edileceği. Ancak, bu bir başarıydı. Bilim insanları, diğer ülkelerin de kendilerinin açtığı yolu takip edeceğini umuyor. Şimdi sıra diğer ortaklarda.

Pathfinder bağlantısının inşa edildiği optik atom saati nasıl çalışır? Belirli bir elementin atomunu uyarmak için - elektronunu daha yüksek bir seviyeye taşımak için - ona çok belirli bir frekansta bir ışık kuantumu sağlamanız gerekir - bu, saniyedeki ışık dalgası titreşimlerinin sayısıdır. Her renk, biraz farklı hareket eden bir "foton sarkaçı"dır. Belirli bir atomu uyaracak bir renk bulduysak (ve atomlar tercihlerinde değişiklik yapmıyorsa), bu bir zaman standardımız olduğu anlamına gelir. Bu tür özelliklere sahip fotonları başka bir laboratuvara gönderebilir ve örneğin, uyaran renklerin farklı yerlerde ve farklı koşullar altında birbirlerinden nasıl farklı olduğunu karşılaştırabiliriz.

Geçmişte, atom saatlerinin (örneğin uydulardaki) ölçümleri radyo dalgaları kullanılarak karşılaştırılırdı. Ancak, optik atom saati ölçümlerinin hassasiyeti bu ortamda tamamen kaybolur. Bu, postayla gönderilen bir kağıt mektupta birine saatin kaç olduğunu sormak gibidir. Hiçbir anlamı yoktur. Bu nedenle, belirli bir frekanstaki (saniye başına titreşim sayısı) değişmemiş fotonları büyük bir mesafe boyunca hızla aktarabilecek bir ortama ihtiyaç vardır. Ve tam da bunun için doğru parametrelere sahip bir fiber optik bağlantıya ihtiyaç vardır.

Polonya'da Bilim, Ludwika Tomal (PAP)

lt/ bar/ amac/