Обзор состояния разработок мобильных стандартов частоты и времени для решения задачи квантового нивелирования

В.Ф. Фатеев, В.П. Лопатин, В.Г. Пальчиков, В.П. Сысоев

ФГУП «ВНИИФТРИ», Менделеево, Московская обл., Россия
fateev@vniiftri.ru,
lopatin@vniiftri.ru

«Альманах современной метрологии» № 1 (29) 2022, стр. 43–62

УДК 621.391, 528.22

Аннотация. Высокостабильные стандарты частоты и времени могут использоваться для измерения разности гравитационных потенциалов и разности ортометрических высот.
В работе проведён обзор существующих и перспективных мобильных (транспортируемых) отечественных и зарубежных стандартов частоты и времени с нестабильностью 10–15–10–18, которые могут использоваться в квантовых нивелирах и при создании сети «Квантовый футшток». Приведены сведения о российских и зарубежных экспериментах по реляти­вистской геодезии, лежащих в основе квантовых нивелиров.

Ключевые слова: квантовый нивелир, стандарт частоты и времени, квантовые часы, оптический стандарт частоты.

Цитируемая литература

1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. — М.: Наука, 1967. — 460 с.

2. Фатеев В.Ф. Релятивистская метрология околоземного пространства-вре­мени: монография. – Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2017. — 439 с.

3. Müller J., Dirkx D., Kopeikin S.M. et al. High Performance Clocks and Gravity Field Determination // Space Science Reviews. — 2018. — V. 214. — P. 5.

4. Фатеев В.Ф. Релятивистская теория и применение квантового нивелира и сети «Квантовый футшток» // Альманах современной метрологии. — № 3 (23). — С. 11–52.

5. Постановление Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2016 г. № 289 г. Москва «Об утверждении Положения о государственной геоде­зической сети и Положения о государственной нивелирной сети».

6. Овсянников В.Д., Пальчиков В.Г., Катори Х. Новые стратегии в разра­ботке оптических стандартов частоты, основанных на использовании оптических решёток // Альманах современной метрологии. — 2015. — № 2. — С. 19–42.

7. Сысоев В.П., Самохвалов Ю.С., Грачев Н.М., Королев В.П., и др. Пере­возимые квантовые часы на основе активного водородного генератора // Метрология времени и пространства. Доклады 6-го Международного симпозиума, 17–19 сентября 2012, Менделеево. — Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2013. — С. 126–139.

8. Сысоев В.П., Самохвалов Ю.С., Овчинников С.Н., Нестеров Н.И., Гра­чев Н.М., Алексеев М.И., Нагирный В.П., Шаталов А.А. Разработка пере­возимых квантовых часов водородных нового поколения // Альманах сов­ременной метрологии. — 2020. — № 1 (21). — С. 116–125.

9. Блинов И.Ю., Смирнов Ю.Ф., Смирнов Ф.Р. Состояние и перспективы развития транспортируемых эталонов единиц времени и частоты // Вест­ник метролога. — 2018. — № 3. — С. 3–7.

10. Смирнов Ф.Р., Жариков А.И. Эталон-переносчик нового поколения для высокоточного сравнения шкал времени // Альманах современной метро­логии. — 2018. — № 15. — С. 17–30.

11. Стандарт частоты и времени водородный Ч1-76А // АО «ФНПЦ «ННИПИ «Кварц» имени А.П. Горшкова» [сайт]. — URL: http://www.kvarz.com/general/ch1-76a.html.

12. Скворцов М.Н., Игнатович С.М., Вишняков В.И. и др. Миниатюрный квантовый стандарт частоты на основе явления когерентного пленения населённостей в парах атомов 87Rb // Квантовая электроника. — 2020. — 50 (6). — С. 576–580.

13. Мигунов А.И., Пальчиков В.Г., Барышев В.Н. Теоретические оценки формы КПН-резонатора в миниатюрных атомных часах // Альманах сов­ременной метрологии. — 2017. — № 11. — С. 121–149.

14. Фатеев В.Ф., Сысоев В.П., Рыбаков Е.А. Экспериментальное измерение гравитационного эффекта замедления времени с помощью перевозимых квантовых часов // Измерительная техника. — 2016. — № 4. — С. 41–43.

15. Фатеев В.Ф. Жариков А.И., Сысоев В.П., Рыбаков Е.А., Смирнов Ф.Р. Об измерении разности гравитационных потенциалов Земли с помощью пере­возимых квантовых часов // Доклады Академии наук. — 2017. — Т. 472. — № 2.

16. Фатеев В.Ф., Рыбаков Е.А., Смирнов Ф.Р. Метод релятивистской синхро­низации мобильных атомных часов и его экспериментальная проверка // Письма в ЖТФ. — 2017. — Т. 43. — № 10. — С. 3–11.

17. Фатеев В.Ф., Рыбаков Е.А. Экспериментальная проверка квантового ниве­лира на мобильных квантовых часах // Доклады Академии наук. Физика, технические науки. — 2020. — Т. 495. — С. 34–37.

18. Фатеев 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 ЖТФ. — 2020. — Т. 46. — № 22.

19. Vessot R.F.C., Levine M.W. A test of the equivalence principle using a space-borne clock // General Relativity and Gravitation. — 1979. — 10. — P. 181–204.

20. Active On-Board Hydrogen Maser for Radioastron Space Mission VCH-1010 // “VREMYA-CH” JS COMPANY [website]. — URL: https://www.vremya-ch.com/english/product/index6e49.html?Razdel=8&Id=39.

21. Nunes N., Bartel N., Bietenholz M. et al. The gravitational redshift monitored with RadioAstron from near Earth up to 350,000 km // Adv. Space Res. — 2020. — 65 (2). — P. 790–797.

22. Biriukov A.V., Kauts V.L., Kulagin V.V. et al. Gravitational redshift test with the space radio telescope “RadioAstron” // Astronomy Reports. — 2014. — 58. — 783–795.

23. Herrmann S., Finke F., Lulf M. Test of the Gravitational Redshift with Galileo Satellites in an Eccentric Orbit // Phys. Rev. Lett. — 2018. — V. 121.

24. Cacciapuoti L., Salomon C. Atomic Clock Ensemble in Space // Journal of Physics Conference Series. — 2011. — V. 327.

25. Grotti J., Koller S., Vogt S. et al. Geodesy and metrology with a transportable optical clock // Nature Phys. — 2018. — 14. — P. 437–441.

26. Takamoto M., Ushijima I., Ohmae N. et al. Test of general relativity by a pair of transportable optical lattice clocks // Nat. Photonics. — 2020. — 14. — P. 411–415.

27. Карпешин Ф.Ф., Тржасковская М.Б. Изомерная линия 229Th как репер высокоточного стандарта частоты // Измерительная техника. — 2016. — № 7. — С. 29–32.

28. Kazakov G.A. et al. Performance of a 229Thorium solid-state nuclear clock // New Jour. Phys. — 2012. — 14. — 083019.

29. Белотелов Г.С., Сутырин Д.В., Слюсарев С.Н. На пути к мобильному оптическому стандарту частоты на нейтральных атомах иттербия // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. — 2019. — T. 6. — Вып. 1. — С. 24–31.

30. Zalivako I. et al. Towards compact transportable optical clock based on 171Yb+ // European Frequency and Time Forum (EFTF). — 2018.

31. Wense L., Seiferle B., Thirolf P.G. Towards a 229Th-based nuclear clock // Measurement Techniques. — 2018. — V. 60. — 1178.

Статья поступила в редакцию: 26.10.2021 г.
Статья прошла рецензирование: 14.01.2022 г.
Статья принята в работу: 21.01.2022 г.

Статья в полном объеме в Научной электронной библиотеке eLIBRARY.
Оформить подписку и купить печатные номера журнала у издателя.