科學(xué)家們的任務(wù)是創(chuàng)建一個(gè)全球原子鐘網(wǎng)絡(luò)，這將使我們能夠更好地理解物理的基本定律，研究暗物質(zhì)，并更精確地在地球和太空中導(dǎo)航。

然而，為了發(fā)揮最大效能，這些時(shí)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(gè)成功的實(shí)驗(yàn)，激光束在2.4公里（1.5 英里）的距離內(nèi)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(jié)果表明，本文提出的相位和幅度穩(wěn)定技術(shù)可以為光學(xué)原子鐘在湍流大氣中的超精確時(shí)間尺度比較提供基礎(chǔ)?！?/p>

該系統(tǒng)建立在去年進(jìn)行的研究的基礎(chǔ)上，科學(xué)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(xiàng)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(dá)到5分鐘的總距離。

使用降噪技術(shù)、溫度控制和對(duì)反射器的微小調(diào)整，該團(tuán)隊(duì)能夠通過波動(dòng)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(duì)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(shí)間里一直保持相當(dāng)穩(wěn)定，但我們最近看到了一些重大改進(jìn)，包括由 Boulder Atomic Clock Optical Network (BACON) Collaboration 運(yùn)營(yíng)并于去年 3 月進(jìn)行測(cè)試的激光裝置。

該裝備涉及脈沖激光，而不是在這項(xiàng)新研究中測(cè)試的連續(xù)波激光。兩者在不同的場(chǎng)景下各有優(yōu)勢(shì)，但連續(xù)波激光器的穩(wěn)定性更好，可以在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)傳輸更多的數(shù)據(jù)。

西澳大利亞大學(xué)的天體物理學(xué)家大衛(wèi)·戈扎德說：“這兩個(gè)系統(tǒng)都擊敗了目前最好的原子鐘，所以我們?cè)谶@里分心，但我們的最終精度更好?！?/p>

一旦原子鐘網(wǎng)絡(luò)組合在一起，科學(xué)家們將能夠進(jìn)行的測(cè)試包括愛因斯坦的廣義相對(duì)論，以及如何解決它與我們所知道的量子物理學(xué)的不相容性。

通過非常精確地比較兩個(gè)原子鐘的計(jì)時(shí)——一個(gè)在地球上，一個(gè)在太空中——科學(xué)家們最終希望能夠找出廣義相對(duì)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(yuǎn)離地球引力的時(shí)鐘應(yīng)該會(huì)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(jìn)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(gè)點(diǎn)。

“當(dāng)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(píng)論快報(bào)》上。