Гравитационное воздействие Луны и Солнца порождает не только океанские приливы, но и едва заметные колебания гравитационного поля Земли, что приводит к незначительным различиям в скорости течения времени в различных географических точках планеты. Ученые впервые зафиксировали эти закономерные изменения посредством сети высокоточных оптических часов, соединенных оптоволоконными линиями передачи данных.

Для регистрации изменений хода времени, обусловленных притяжением Луны и Солнца, международный коллектив физиков из передовых европейских научных учреждений – Физико-технического федерального института (Германия), Национальной физической лаборатории (Великобритания), Лаборатории лазерной физики (Франция) и Национального института метрологических исследований (Италия) – объединил сверхточные оптические часы в единую измерительную систему.

Оборудование было сопряжено посредством специализированных оптоволоконных линий связи общей протяженностью около 800 километров. В ходе проведения экспериментов исследователи использовали как стационарные лабораторные оптические часы, основанные на атомах стронция и иттербия, так и новые портативные модели.

Ранее проводившиеся исследования с применением оптических часов были в основном направлены на измерение постоянных различий в гравитационном поле между разными точками. В настоящее время ученые впервые получили возможность зафиксировать периодические колебания этих показателей.

Гравитационное взаимодействие Луны и Солнца вызывает колебания, гравитационного потенциала, сопоставимые с изменением высоты объектов на величину в 10 сантиметров (при условии расположения станций на расстоянии около 800 километров). Новая европейская сеть оптических часов обеспечивает возможность выявления подобных флуктуаций менее чем за один день наблюдений, причем полученные данные демонстрируют высокую степень соответствия с теоретическими моделями.

Исключительная точность современных оптических часов диктует новые стандарты для измерений времени. При сопоставлении показаний удаленных друг от друга приборов исследователям необходимо принимать во внимание влияние приливных изменений гравитационного потенциала на относительную скорость хода часов. Без внесения соответствующих коррекций эти факторы способны вносить искажения в результаты высокоточных экспериментов, проверки основополагающих физических теорий и создания унифицированных систем отсчета времени.

Более того, объединенная сеть оптических часов предоставит ценный инструмент для изучения Земли. Данные высокочувствительные системы позволят осуществлять мониторинг в режиме реального времени процессов перераспределения масс воды и льда по поверхности планеты, изменений уровня грунтовых вод, тектонических перемещений и вулканической активности. Наземные квантовые устройства окажутся полезным дополнением к спутниковым системам, измеряющим гравитацию из космоса, что позволит проводить верификацию получаемых данных с беспрецедентной степенью точности.