Но так что? Все это часть постоянных усилий NIST по улучшению своей способности поддерживать и распространять официальные U.S. гражданское время.
Практический вопрос заключается в том, когда такие экспериментальные часы можно будет использовать для поддержки официального хронометража.
Новое моделирование NIST предполагает, что эти часы теперь могут быть достаточно надежными и практичными, чтобы начать вносить свой вклад в калибровки, поддерживающие официальную U.S. гражданское время.
В настоящее время часы с цезиевым фонтаном NIST-F1 и NIST-F2 работают около одной недели каждый месяц для калибровки шкал времени NIST, массивов водородных мазеров – микроволновых версий лазеров – поддерживая официальную U.S. гражданское время для распространения на финансовые рынки и миллионы других пользователей по всему миру.
Без таких калибровок официальное время немного сдвигается.
Часы нового поколения работают на оптических частотах, намного превышающих микроволновые частоты цезиевых часов. Оптические часы представляют собой сложную физическую лабораторную установку и обычно работают только с перерывами.
«В принципе, оптические часы должны быть лучшим эталоном частоты в здании», – сказал Крис Оутс, руководитель отдела времени и частоты NIST. "Эти часы становятся все более надежными и надежными. Были эксперименты, в которых они запускали эти вещи в течение нескольких дней."
«Мы хотели ответить на вопрос:« Стоит ли прямо сейчас тратить некоторые усилия на то, чтобы попытаться сравнить наши существующие оптические часы с временной шкалой »?Этот документ подтвердил, что имеет смысл провести первую оценку."
Действительно, аналогичные первые демонстрации проводятся в других национальных метрологических институтах по всему миру.
В таких демонстрациях оптические часы не генерируют и не хранят официальное время – скорее, они обеспечивают чрезвычайно стабильные (прерывистые) эталонные частоты, которые поддерживают генерацию времени.
Моделирование NIST показало, что для достижения той же производительности, что и шкала времени, откалиброванная по цезиевому фонтану, NIST потребуется запускать оптические часы на 12 минут каждые 12 часов, или 1 час в день, или 4 часа каждые 2 и 1/3. дней или 12 часов в неделю. Помимо других преимуществ, такая калибровка может уменьшить ошибку официального времени до 2 наносекунд (нс), что лучше, чем текущие смещения официального времени NIST.
Поскольку любая ошибка синхронизации становится все более серьезной, исследование предлагает запускать оптические часы по 4 часа, по крайней мере, 3 раза в неделю.
NIST уже использует оптические часы для наблюдения за мазерами во временной шкале. В планах сейчас создание системы, которая будет использовать результаты оптических часов для создания «бумажной шкалы времени» и сбора данных о том, как она соотносится с реальной. В принципе, для калибровки шкалы времени можно использовать любой ввод времени и частоты; более точные входные данные имеют больший вес.
Ожидается, что оптические часы окажутся полезными для настоящих калибровок даже при их скромной доступности, поскольку они могут обеспечить хорошую поддержку при работе реже, чем цезиевые часы.
Чтобы упростить процесс, NIST может управлять несколькими оптическими часами и переключаться между ними для целей калибровки. Запуская разные оптические часы в разные временные интервалы, NIST мог распределять рабочую нагрузку между разными лабораториями и сотрудниками.
Исследование NIST с помощью моделирования показало, что для калибровки шкалы времени можно использовать различные типы оптических часов. Это связано с тем, что большинство этих часов имеют более высокую стабильность и меньшую неопределенность, чем шкала времени, поэтому любая неопределенность в оценках частотных источников, поддерживающих официальное время, будет в основном связана с ограничениями стабильности шкалы времени. Кроме того, официальное время NIST не может быть более точным, чем международные стандарты, поэтому на данный момент нет острой необходимости улучшать шкалу времени.
Однако это может скоро измениться.
Эти исследования могут быть полезны в будущем переопределении Международной системы единиц (СИ). Стандартная единица времени, секунда, основана на свойствах атома цезия с 1967 года.
Ожидается, что в ближайшие годы международное научное сообщество изменит определение второго, выбрав новый атом в качестве основы для стандартных атомных часов и официального хронометража.