izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-4-50-56izmertech-1596Research ArticleИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ И ЧАСТОТЫTIME AND FREQUENCY MEASUREMENTSМетод релятивистской синтонизации квантовых часов: экспериментальные исследованияMethod of relativistic syntonization of quantum clocks: experimental studieshttps://orcid.org/0000-0001-7902-0212ФатеевВ. Ф.FateevV. F.

Вячеслав Филиппович Фатеев

г. п. Менделеево, Московская обл.

Vyacheslav F. Fateev

Mendeleevo, Moscow region

generalfat@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1504-9192СмирновФ. Р.SmirnovF. R.

Федор Радиевич Смирнов

г. п. Менделеево, Московская обл.

Fedor R. Smirnov

Mendeleevo, Moscow region

frsmirnov@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4049-0636КараушА. А.KaraushA. A.

Артем Андреевич Карауш

г. п. Менделеево, Московская обл.

Artem A. Karaush

Mendeleevo, Moscow region

karaush_aa@vniiftri.ruВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio Engineering, Mendeleevo, Moscow regionRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio EngineeringRussian Federation202308052023045056Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1596

Предложен и экспериментально исследован метод релятивистской синтонизации, предназначенный для передачи точного значения частоты удалённым квантовым часам. Предложенный метод учитывает релятивистские эффекты, обусловленные разностью потенциалов гравитационного поля и эффектом Допплера 2-го порядка. Реализован метод релятивистской синтонизации с применением перебазируемых высокостабильных водородных квантовых часов. В результате экспериментального исследования оценена точность передачи значения частоты от Государственного первичного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1-2022 удалённому потребителю, расположенному в г. Евпатория. В эксперименте учтено начальное расхождение частот задающих генераторов стационарных и перебазируемых квантовых часов и их температурные уходы в пути следования. Относительная погрешность синтонизации с учётом всех мешающих факторов составила 4,6∙10–16, что в 37 раз меньше, чем в результате кодовых измерений по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем, и в 25 раз меньше, чем при использовании спутниковых дуплексных сличений. Исследованный метод релятивистской синтонизации предложено применять при создании измерительных сетей высокостабильных квантовых часов.

A method of relativistic syntonization is proposed and experimentally investigated, which is designed to transfer the exact value of the frequency to remote quantum clocks, taking into account relativistic effects caused by the potential difference of the gravitational fi eld and the 2nd order Doppler effect. The implementation of the method is based on the use of relocated highly stable hydrogen quantum clocks. The purpose of the experimental study was to assess the accuracy of transmitting the frequency value from the time units, frequency and the national time scale State primary standard GET 1-2022 to a remote consumer located in Evpatoria. The experiment takes into account the initial discrepancy between the frequencies of the master oscillators of stationary and relocated quantum clocks and their temperature shifts along the way. The relative error of syntonization, taking into account all interfering factors, was 4,6∙10–16, which is 37 times less than as a result of code measurements from the signals of global navigation satellite systems, and 25 times less than when using satellite duplex comparisons. The investigated method is proposed for applying in the creation of measuring networks of highly stable quantum clocks.

стационарные квантовые часымобильные квантовые часыгравитационное смещение частотысличение частотсинтонизациярелятивистский эффектstationary quantum clockmobile quantum clockgravitational frequency shiftfrequency comparisonsyntonizationrelativistic effectИсследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-29-11023.this research was supported by the Russian Foundation for Basic Research within the framework of the scientifi c project no. 19-29-11023.ReferencesКарауш А. А., Карауш Е. А., Бурцев С. Ю., Смирнов Ф. Р. Оценивание смещения шкалы времени перевозимого стандарта частоты, находящегося в движении, по сигналам ГНСС // Навигация и гироскопия. 2020. Т. 28. № 3(110). С. 60–75. http://dx.doi.org/10.17285/0869-7035.0044Karaush A. A., Karaush E. A., Burtsev S. Yu., Smirnov F. R. Gyroscopy and Navigation, 2020, vol. 11, pp. 310–318. https://doi.org/10.1134/S2075108720040057Фатеев В. Ф., Рыбаков Е. А., Смирнов Ф. Р. Метод релятивистской синхронизации мобильных квантовых часов и его экспериментальная проверка // Письма в журнал технической физики. 2017. Т. 43. № 10. С. 3–11. http://dx.doi.org/10.21883/PJTF.2017.10.44614.16624Fateev V. F., Rybakov E. A., Smirnov F. R., Technical Physics Letters., 2017, vol. 43, no. 5, pp. 456–459. https://doi.org/10.1134/S1063785017050182Фатеев В. Ф., Смирнов Ю. Ф., Жариков А. И., Рыбаков Е. А., Смирнов Ф. Р. Эксперимент по повышению точности передачи шкалы времени на основе метода релятивистской синхронизации // Письма в журнал технической физики. 2020. Т. 47. № 1. С. 39–41. https://doi.org/10.21883/PJTF.2021.01.50457.18526Fateev V. F., Smirnov Yu. F., Zharikov A. I., Rybakov E. A., Smirnov F. R. Technical Physics Letters, 2021, vol. 47, pp. 35–37. https://doi.org/10.1134/S1063785021010065Wolf P., Petit G. Relativistic theory for clock syntonization and the realization of geocentric coordinate times. Astronomy & Astrophysics, 1995, vol. 304, pp. 653–661.Wolf P., Petit G. Relativistic theory for clock syntonization and the realization of geocentric coordinate times. Astronomy & Astrophysics, 1995, vol. 304, pp. 653–661.Блинов И. Ю., Наумов А. В., Смирнов Ю. Ф. Результаты калибровки канала дуплексных сравнений шкал времени TWSTFT между ФГУП «ВНИИФТРИ» и PTB // Метрология времени и пространства: Материалы 7-го Международного симпозиума, Суздаль, Россия, 17–19 сентября 2014. Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2014. С. 125–126.Blinov I. Yu., Naumov A. V., Smirnov Yu. F. Calibration results of the TWSTFT time scales comparison duplex channel between FSUE “VNIIFTRI” and PTB. Proceedings of the 7th International Symposium “Metrology of Time and Space”, Suzdal, Russia, September 17–19, 2014, Mendeleevo, FSUE “VNIIFTRI” Publ., 2014, pp. 125–126. (In Russ.)Grotti J., Koller S., Vogt S., etc. Geodesy and metrology with a transportable optical clock, Nature Physics, 2018, vol. 14, pp. 437–441. https://doi.org/10.1038/s41567-017-0042-3Grotti J., Koller S., Vogt S., etc. Geodesy and metrology with a transportable optical clock, Nature Physics, 2018, vol. 14, pp. 437–441. https://doi.org/10.1038/s41567-017-0042-3Takamoto M., Ushijima I., Ohmae N., Yahagi T., Kokado K., Shinkai H., Katori H. Nature Photonics, 2020, vol. 14, pp. 411–415. https://doi.org/10.1038/s41566-020-0619-8Takamoto M., Ushijima I., Ohmae N., Yahagi T., Kokado K., Shinkai H., Katori H. Nature Photonics, 2020, vol. 14, pp. 411–415. https://doi.org/10.1038/s41566-020-0619-8Фатеев В. Ф. Релятивистская метрология околоземного пространства-времени: монография. Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2017. 439 с.Fateev V. F. Reljativistskaja metrologija okolozemnogo prostranstva-vremeni: monografi ja, Mendeleevo, FSUE “VNIIFTRI” Publ., 2017, 439 p. (In Russ.)Фатеев В. Ф. Релятивистская теория и применение квантового нивелира и сети «Квантовый футшток» // Альманах современной метрологии. 2020. № 3. С. 11–52.Fateev V. F. Al’manac of Modern Metrology, 2020, vol. 23, no. 3. pp. 11–52. (In Russ.)Грушинский Н. П. Теория фигуры Земли. М.: Наука, 1976, 512 с.Grushinskii N. P. Teoriya fi gury Zemli [Theory of the fi gure of the Earth]. Moscow, Nauka Publ., 1976, 512 p. (In Russ.)Абалакин В. К., Аксенов Е. П. и др. Справочное руководство по небесной механике и астродинамике. М.: Наука, 1971. 584 с.Alabakin V. K., Aksenov E. P., etc. Spravochnoe rukovodstvo po nebesnoj mehanike i astrodinamike [Reference guide to celestial mechanics and astrodynamics]. Moscow, Nauka Publ., 1971, 584 p. (In Russ.)Фатеев В. Ф., Копейкин С. М., Пасынок C. Л. Влияние неравномерности вращения Земли на релятивистские смещения частоты и времени наземных атомных часов // Измерительная техника. 2015. № 6. С. 41–45.Fateev V. F., Kopeikin S. M., Pasynok S. L. Measurement Techniques, 2015, vol. 58, no. 6, pp. 647–654. https://doi.org/10.1007/s11018-015-0769-0Foerste Ch., Bruinsma S. L., Abrykosov O. etc. (2014): EIGEN-6C4 The latest combined global gravity fi eld model including GOCE data up to degree and order 2190 of GFZ Potsdam and GRGS Toulouse. GFZ Data Services. https://doi.org/10.5880/icgem.2015.1Foerste Ch., Bruinsma S. L., Abrykosov O. etc. (2014): EIGEN-6C4 The latest combined global gravity fi eld model including GOCE data up to degree and order 2190 of GFZ Potsdam and GRGS Toulouse. GFZ Data Services. https://doi.org/10.5880/icgem.2015.1

The authors declare that there are no conflicts of interest present.