1: 2016/08/16(火) 12:10:07.49 ID:CAP_USER
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。

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引用元: 【測定技術】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 [無断転載禁止]©2ch.net

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3: 2016/08/16(火) 12:21:47.39 ID:zccBG8ew
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

4: 2016/08/16(火) 12:45:45.11 ID:cA/u9+o7
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?

29: 2016/08/17(水) 01:32:04.19 ID:pD/38YJO
>>4
VLBIでパルサーの電波を見るとかかな。GPSもVLBIも原子時計は必要だけどね。

6: 2016/08/16(火) 13:02:40.59 ID:3s4ERC0w
地球の重力の源泉は、
中心の直径1000キロの純金のコアだよww

9: 2016/08/16(火) 13:51:31.59 ID:XSUlqrud
せめてミリ単位にしてもらいたい

10: 2016/08/16(火) 15:02:00.75 ID:aLBa2/Z+
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。

11: 2016/08/16(火) 15:03:57.25 ID:KwLgGY2z
秒の定義だけじゃないんだ

13: 2016/08/16(火) 15:20:03.49 ID:BBaoMDtJ
>>11
メートルの定義が秒の定義を前提にしているので、
秒の精度が上がることはメートルの精度が上がることに等しい

14: 2016/08/16(火) 15:32:48.38 ID:GgHi/rzv
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

33: 2016/08/17(水) 02:31:36.11 ID:ct9CVAm5
>>14
GPSが使えるからって、特殊相対性理論が正しいってわけじゃないぜ。
重大な見過ごしがあるんだから。

ま、論じてもしょうがいない。

俺の名が世界に広まったとき、思い出してくれればいい。

http://trickzionad.blogspot.jp/2016/04/mokuji000000.html
https://twitter.com/zionadchat

15: 2016/08/16(火) 15:46:12.31 ID:UX+mpcww
>>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

16: 2016/08/16(火) 15:54:26.39 ID:lpHEXvPz
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。

17: 2016/08/16(火) 16:18:33.59 ID:pmZDPWGS
>>1
てか、重力も高度によって一定じゃないだろ?

44: 2016/08/18(木) 02:48:17.78 ID:FNq7AhVg
>>17
>てか、重力も高度によって一定じゃないだろ

高度によって重力が異なることを利用した測定方法なんだが…

18: 2016/08/16(火) 16:45:32.42 ID:xHhyPQ6P
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?

41: 2016/08/18(木) 02:10:31.54 ID:QZ0ezUQ0
>>18
光ファイバーは測った時間を比べるのに使ってるだけ。
何の精度も要らない。

19: 2016/08/16(火) 17:32:44.77 ID:WNh9lPZz
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

21: 2016/08/16(火) 18:49:08.60 ID:mo51BQma
すげえなー と思ったが、これ青丸の実測から青点線に持っていくの無理じゃまいか?
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20160816/icons/zu5.gif

22: 2016/08/16(火) 18:59:41.04 ID:QmeOrlbV
>>21
揺らぎがデカいな

23: 2016/08/16(火) 19:11:27.03 ID:uJmGRoN5
誤差が10のマイナス15乗だからでかくはないが
今のところは原子時計とあんまり変わらん気がする

24: 2016/08/16(火) 20:21:55.07 ID:xTTys7kx
かなり気になるところなんだが
理論値とされている国土地理院のデータは正確なのか?
国土地理院はどうやって測定したし

42: 2016/08/18(木) 02:12:16.47 ID:QZ0ezUQ0
>>24
GPSと三角測量のダブルチェック。

25: 2016/08/16(火) 20:54:51.69 ID:6lfGWVMM
原子レベルじゃ最小単位から見ればブレブレなんだろうけど国土地理院とやらのデータよりは精度高くなりそう
測量技術以前に地形も生き物みたいなもので標高なんてリアルタイムに変わってるでしょう

26: 2016/08/16(火) 21:13:12.26 ID:FBDD+RNb
ここまでの精度になると、月や太陽の引力も考慮する必要あるなきっと

頭上に月と太陽がある場合、地上の重力は弱められるし
地球の裏側に月と太陽がある場合、地上の重力は強められるし

地上の時間の速さはアップしたりダウンしたり、一定じゃないよな?

27: 2016/08/16(火) 21:15:47.98 ID:ufn0+Vtb
光格子時計、大元の理論予測はたしかドイツ人なんだよな
それを実現する手法を偶然みつけて
こつこつと改良を続けてここまで使えるものにした
日本人チームはよくやったとおもう

31: 2016/08/17(水) 01:47:40.63 ID:3C0XCFbC
>>27
前々から、日本はそうやって改良して精度を上げるの得意なんだよ

46: 2016/08/18(木) 14:26:56.69 ID:JkSOi419
>>27
デーメルトが提唱したのは単一イオン時計(光格子時計の対抗馬)
原理上は究極の時計だがシグナルノイズ比が低く、精度を出すには長い積算(測定時間)が必要

30: 2016/08/17(水) 01:46:06.52 ID:3C0XCFbC
光格子時計
たいして知らんが、量子力学的なゆらぎがあるだろうし、精度にも限度があるんじゃろな~とは思う

34: 2016/08/17(水) 02:32:18.59 ID:pD/38YJO
>>30
あるよ。
でも原子時計1個ではなく原子時計10個使って平均すれば小さくなる。
100個ならもっと小さく出来る。
もっと大量にすればさらに減るだろ、ってのが光格子時計。

足を引っ張るのはレーザー光のコヒーレンス性?
それと、短時間だと水素メーザーの方がまだ精度は上?

47: 2016/08/18(木) 15:44:08.18 ID:LA6VWh1v
光格子時計は時計だけではなく、高低差の計測にも応用可能なのが良いな。