超高精度の「光格子時計」で標高差の測定に成功　火山活動の監視など、時計の常識を超える新たな応用に期待

共同発表：超高精度の「光格子時計」で標高差の測定に成功～火山活動の監視など、時計の常識を超える新たな応用に期待～
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20160816/index.html


ポイント
約１５キロメートル離れた２地点の光格子時計を光ファイバーでつないで直接比較した。
重力の違いによる時計の周波数の差を測定し、センチメートルレベルの高精度で標高差を計測することに成功した。
水準測量に相当する高精度な標高差の計測や地殻変動の監視、潮汐変化の観測など、従来の時計の用途を超えた応用が期待される。


ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業および文部科学省 光・量子科学研究拠点形成に向けた基盤技術開発事業において、東京大学 大学院工学系研究科の香取 秀俊　教授（理化学研究所 香取量子計測研究室　主任研究員、光量子工学研究領域 時空間エンジニアリング研究チーム　チームリーダー）、国土地理院の研究グループは、直線距離で約１５キロメートル離れた東京大学（東京都文京区）と理化学研究所（埼玉県和光市）に光格子時計注１）を設置し、２台の時計の相対論注２）的な時間の遅れを高精度に測定することで、２地点間の標高差を５センチメートルの精度で測定することに成功しました。

光格子時計は、香取教授が考案した高精度な原子時計で、次世代の「秒」の定義の有力候補として世界中で研究されています。「秒」の定義に求められる時計の「再現性」を担保するためには、その時計の「振り子の振動数」を他の研究機関に伝送し、複数の研究機関で「振り子の振動数」の同一性を検証することが重要です。一方、アインシュタインの一般相対性理論によれば、異なる高さに置かれた２台の時計を比較すると、低い方の時計は地球重力の影響を大きく受け、ゆっくりと時を刻みます。この結果、超高精度な時計の遠隔比較では、時計の再現性の確認にとどまらず、従来の時計の概念を超える「相対論的な効果を使った標高差測定（相対論的測地）」という応用を拓きます。

本研究グループは、先行して開発した「低温動作ストロンチウム光格子時計」を東大に１台、理研に２台設置して光ファイバーでつなぎ、遠隔地比較を行いました。同じ高さに置かれた理研の２台の光格子時計の振り子は１×１０－１８で振動数が一致しました。一方、東大の時計の振り子は理研よりも１，６５２．９×１０－１８だけゆっくり振動し、これから２地点の標高差１，５１６センチメートルが算出されました。この「相対論的測地」の結果は、国土地理院が行った水準測量注３）と５センチメートルの誤差範囲内で一致し、世界で初めて遠隔地時計比較によるセンチメートルレベルの標高差計測に成功しました。

水準測量では、短区間の測定を繰り返して測量するため、長距離では誤差が累積しますが、時計比較の精度注４）は距離が長くなっても累積誤差は生じません。論文では、各地に設置した光格子時計が、将来、新たな高さ基準「量子水準点」を形成し、それらをネットワーク化する「時計のインターネット」の手法を提案しています。これにより、火山活動による地殻の上下変動の監視や、ＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）と補完的に利用できる超高精度な標高差計測システムの確立など、安全・安心に向けた社会基盤への実装も期待されます。

本研究は、内閣府 最先端研究開発支援プログラムの一部支援を受けて行われました。本成果は、２０１６年８月１５日（英国時間）発行の英国科学誌「Ｎａｔｕｒｅ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ」オンライン版に掲載されます。


（以下略）

レーザー光を創るのに莫大なエネルギーを消費するのなら
クォーツ時計に電波式を採用すれば、コスト減になり、電力などの消費を抑えられる
無意味な実験に莫大な研究費用が費やされた
本件に関わった人達は、業界永久追放とする

今はGPSとか気圧とかで概算する以外の高精度測定法って有るの？
無いなら良さ気じゃない？

これは１５０億年に一秒しか狂わない
つまりビックバンから数えても、一秒未満の精度

>>1
水準測量に相当する高精度な標高差の計測や地殻変動の監視、
潮汐変化の観測など、従来の時計の用途を超えた応用が ”期待される”

「期待される」という表現は　どんな将来性のない研究にも使える
便利な言葉。実際に”地殻変動の監視”などに役に立ってから言おうな

標高１ｃｍ　で　わずか　１×１０－１８/秒　の無視できるレベル差。

http://www.geod.jpn.org/web-text/part3_2005/tsuji/tsuji-2.html

人工衛星のような　はるかに高い位置にある時計ですら　大気等の影響で
相対論の時間の差なんて埋もれてしまっているのに　5cm程度の高度差って・

　

せめてミリ単位にしてもらいたい

すげえな。
これ何年か前から云われてたけど、いよいよ実用化が見えてきたんだな～。

この分野では日本がトップランナーでしょ。

秒の定義だけじゃないんだ

宇宙や素粒子関連のスレに時々、疑似科学系の人が湧いて「相対論は間違っている」と
長々と力説することがあるけど、この光格子時計の応用例でさらに論破しやすくなるかも
GPSだけでなく直感的に‘判りやすい’一般相対論の実例になると思う

>>1
この技術すごすぎる

まさか相対論効果の測定ではなく、逆に相対論的な時間の進み方の違いから高度を測定するとは！

それほどの精度って一体何だろう

これノーベル賞確実だね
地図の精度がめっちゃ上がって地震予知にも繋がるし。

>>1
てか、重力も高度によって一定じゃないだろ？

長距離の光ファイバーも途中のいろいろな重力の変化で光の飛び具合(?)が
変わってしまい正しく測定できないのでは?

この観測技術使えばあっという間に精巧な地形データ作れるってことか