Экспериментальное измерение удвоенного гравитационного смещения частоты в квантовом нивелире на водородных часах

В.Ф. Фатеев, Ю.Ф. Смирнов, С.С. Донченко, Ф.Р. Смирнов, Е.А. Рыбаков

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

«Альманах современной метрологии» № 1 (29) 2022, стр. 115–126

УДК 531.5 + 621.317

Аннотация. Впервые измерен удвоенный эффект гравитационного смещения частоты в гравитационном поле Земли с помощью стационарных и перевозимых водородных кван­товых часов, разнесённых по высоте на 34 м. Часы связаны радиоканалом на частоте около 10 МГц, реализованном путём модуляции оптической несущей в оптическом волокне. Изме­рения основаны на одновременном использовании и сложении двух эффектов: эффекта изменения частоты задающего генератора перевозимых квантовых часов, возникающего вследствие замедления времени в гравитационном поле, а также классического эффекта гравитационного смещения в радиоканале. Эффекты одинаковы по величине, имеют проти­воположные знаки и поэтому при перемещении мобильных часов по высоте складываются.

Ключевые слова: квантовый нивелир, гравитационное смещение частоты, водородный стандарт частоты.

Цитируемая литература

1. 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.

2. 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. — С. 206–209.

3. 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.

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

5. Одуан К., Гино Б. Измерение времени. Основы GPS. — М.: Техносфера, 2002.

6. Ashby N. Relativity in the Global Positioning System // Living Reviews in Rela­ — 2003. — V. 6. — P. 1–42.

7. Интерфейсный контрольный документ ГЛОНАСС, редакция 5.1, 2008 // Российские космические системы: [сайт]. — URL: https://russianspace-systems.ru/wp-content/uploads/2016/08/ICD_GLONASS_rus_v5.1.pdf.

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

9. Delva P., Puchades N., Schönemann E. et al. Gravitational Redshift Test Using Eccentric Galileo Satellites // Physical review letters. — 2018. — V. 121. — P. 231101.

10. Руденко В.Н. Релятивистские эксперименты в гравитационном поле // Успехи физических наук. — 1978. — Т. 126. — Вып. 3. — С. 361–401.

11. Турышев В.Г. Экспериментальные проверки общей теории относитель­ности: недавние успехи и будущие направления исследований // Успехи физических наук. — 2009. — Т. 179. — № 1. — С. 3–34.

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

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

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

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

16. Фатеев В.Ф. Релятивистская теория и применение квантового нивелира и сети «Квантовый футшток» // Альманах современной метрологии. — 2020. — № 3. — С. 11–52.

Статья поступила в редакцию: 19.10.2021 г.
Статья прошла рецензирование: 18.01.2022 г.
Статья принята в работу: 20.01.2022 г.

Полные тексты статей доступны в печатных номерах журнала по подписке и при покупке отдельных номеров у издателя.
Спустя два года статьи размещаются в открытом доступе на сайте журнала и в Научной электронной библиотеке eLIBRARY.