激光束稳定性的新记录可以帮助回答物理学中最大的问题

科学家们的使命是创建一个全球原子钟网络，使我们能够更好地理解物理的基本定律，研究，并更精确地穿越地球和太空。

然而，为了发挥最佳效果，这些时钟需要通过大气层可靠而快速地连接在一起，这绝非易事。 新研究概述了一项成功的激光束实验，该激光束在 2.4 公里（1.5 英里）的距离内保持稳定。

相比之下，新的链接比以前组合的任何链接都稳定大约 100 倍。 它还证明了其稳定性比这些激光器用于监控的原子钟高出约 1,000 倍。

研究人员在论文中写道：“结果表明，本文提出的相位和幅度稳定技术可以为湍流大气中光学原子钟的超精确时标比较提供基础。”发表论文。

该系统建立在研究的基础上去年进行的科学家们开发了一种激光链路，能够以前所未有的稳定性穿过大气层。

在这项新研究中，研究人员从五楼的窗户向 1.2 公里（0.74 英里）外的反射器发射激光束。 然后光束被反射回光源，以达到五分钟内的总距离。

利用降噪技术、温度控制和对反射器的微小调整，该团队能够使激光器在波动的空气中保持稳定。 这里地面的大气湍流可能相当于数百公里的地面到卫星的湍流（大气层较高处空气较平静且密度较小）。

虽然激光精度在十年左右的时间里一直保持相当稳定，但我们最近看到了一些重大改进，包括由博尔德原子钟光网络 (BACON) 协作和去年三月测试过。

该设置涉及脉冲激光器，而不是这项新研究中测试的连续波激光器。 两者在不同场景下各有优势，但连续波激光器稳定性更好，可以在设定的时间内传输更多数据。

“这两个系统都击败了当前最好的原子钟，所以我们在这里争论不休，但我们的最终精度更好，”天体物理学家大卫·戈扎德说来自西澳大利亚大学。

一旦原子钟网络组装起来，科学家们将能够执行的测试之一是爱因斯坦的广义相对论，以及如何解决它与我们所了解的量子物理学的不相容性。

通过非常精确地比较两个原子钟（一个在地球上，一个在太空中）的计时，科学家们最终希望能够弄清楚在哪里确实成立，但不成立。 如果爱因斯坦的想法是正确的，那么远离地球引力的时钟应该走得更快一些。

但它的用处还不止于此。 像这样的激光器最终可以用于管理将物体发射到轨道、地球和太空之间的通信，或者连接太空中的两点。

“当然，你不能将光缆连接到卫星，”戈扎德说。

该研究发表于物理评论快报。