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極小の誤差を実証する光格子時計

Oct,27,2011

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6500万年に1秒の誤差を実証する光格子

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6500万年に1秒の誤差を実証する光格子

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光格子時計は2001年に東京大学の香取秀俊教授によって提案され、2005年に実現された新しい光原子時計の方式です。香取教授のグループはこのほど、17桁の時間比較を平均化時間15分で実現し、極めて安定で正確な光格子時計が実現できることを世界で初めて実証しました。従来の光を使った原子時計は、単一の原子を使い、長時間の平均をとり時間を計測しています。これに対し光格子時計は一度に100万個の原子を同時に観察することで従来に比べ100万倍早い時間計測を実現します。 光格子時計がそもそも意図したような性能になると、1秒観測するだけで、18桁の時間が読み出せます。18桁の時間が読み出せると、我々の空間というのは、相対論によって支配されている空間だというのが、わかるようになってきます。 ダリがアインシュタインの相対性理論にインスパイアされて描いたと言われている有名な「記憶の固執」は、空間がねじまがっているという絵なんですが、18桁の時計ができると、我々の日常のタイムスケールで時空が曲がっているというのが見えて来ます。例えば時計の高さが1センチ違うと、1センチ高い方の時計は、重力が少ない分時間が早く進みます。それが、1秒で読み出せる。今まで時計というのは、時間を共有するためのツールと考えていたわけですが、そうなると、時計の置かれている時空によって、時間は別々のスピードで進むというのを我々が逆に認識するような、時計ができることになります。 香取教授は、こうした相対論的な時空間を光格子時計を作ってデモンストレートし、さらに今後その時空の歪みを時計が計測できるようにすることで、新たなアプリケーションが広がってくることを期待しています。 原子時計を作る時我々は、物理の基礎定数というのは定数であると信じているわけです。定数であると信じれば、物理基礎定数によって構成される原子の周波数というのも定数になります。だからその定数を基にすれば、我々は普遍的な1秒がつくれる、と信じて、原子時計を作っているわけです。しかし、非常に良い性能の時計を違う原子を使って作り、この原子の刻む1秒と、他の原子の刻む1秒を比べてみます。すると、もしも物理の基礎定数が定数であれば、ふたつの時計は一緒の1秒を刻んでいくはずです。ところがもしも物理の基礎定数が定数でなかったら、ビックバン以来だんだん変化していたら、ふたつの時計というのは違う1秒を刻むようになります。そういう時計の比較によって、物理の本当に基本的なところを調べる事が逆にできるようになります。また、もしふたつの時計を別々の場所に置いておき、それらが違う1秒を刻み始めたら、我々が考える事は、ここの重力とここの重力が変わっているかもしれないと言うことです。それによって、地形の変動等をセンスすることができ、地震の予知ができるのかも知れません。その他、色々なアプリケーションが今後考えられるわけです。 現在、GPSは14-15桁の精度の原子時計をベースに動いています。しかし、50年前に原子時計が考案された時GPSでカーナビをすることなど思いもよらないアプリケーションでした。光格子時計で、18桁という精度が得られた時、それに見合うアプリケーションが考えられていくことでしょう。関連リンク :- YouTube (本文はdiginfo.tvより提供)

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