Квантовые футштоки и эффект Саньяка

E. M. Мазурова¹, А. Н. Петров^1,2

¹ППК Роскадастр, Москва, Россия

²ГАИШ МГУ, г. Москва, Россия

Одна из проблем главной высотной основы России состоит в том, что вся высотная сеть опирается на один футшток — Кронштадтский, при этом территория страны вытянута по широте с Запада на Восток. Естественно, точность высотной сети увеличится на порядки, если высотная основа страны будет опираться на несколько футштоков, достаточно равномерно расположенных по территории страны. Один из подходов модернизации главной высотной основы страны — построение сети квантовых футштоков, оснащенных высокоточными стандартами частоты, синхронизированными либо с помощью оптоволоконных кабелей высокого качества, либо на основе спутниковых технологий.

Наиболее распространенным и наиболее развитым методом оптоволоконной связи на большие расстояния является двусторонняя оптическая передача. Для выполнения технических требований по качеству передачи времени и частоты необходимо учитывать все возмущающие воздействия, возникающие в процессе распространения светового сигнала по оптоволокну. Большинство этих эффектов имеют чисто классическое (ньютоновское) происхождение: они вызваны температурным дрейфом, изменением давления, механическими деформациями и т. д. Кроме них существуют релятивистские эффекты, которые сравнительно малы или исчезающе малы, однако часть из них нельзя игнорировать при точной синхронизации высокоточных стандартов частоты и протокола сравнения. В докладе представлены результаты исследований эффекта Саньяка, главного из релятивистских эффектов, возникающего при распространении сигнала в волоконно-оптических кабелях большой протяженности, расположенных на поверхности Земли, и обусловленного ее вращением.

Литература

1) Мазурова E. M., Петров А. Н. Теоретические обоснования эффекта Саньяка // Геодезия и картография. 2022. № 10. С. 2–8. DOI: 10.22389/0016-7126-2022-988-10-2-8.

2) Мазурова E. M., Петров А. Н. Эффект Саньяка в оптоволоконной синхронизации высокочастотных стандартов частоты // Геодезия и картография. 2022. № 12. С. 12–21. DOI: 10.22389/0016-7126-2022-988-12-12-21.

3) Малыкин Г. Б. Эффект Саньяка. Корректные и некорректные объяснения // Успехи физических наук. 2000. Т. 170. № 12. С. 1325–1349. DOI: 10.3367/UFNr.0170.200012c.1325.

4) Ashby N. Relativity in the Global Positioning System // Living Reviews in Relativity. 2003. 6. P. 1–42. URL: http://www.livingreviews.org/lrr-2003-1 (дата обращения: 15.09.2022).

5) BrumbergV. A., Kopejkin S. M. Relativistic reference systems and motion of test bodies in the vicinity of the Earth // II Nuovo Cimento B. 1989. 103(1). P. 63–98. DOI: 10.1007/BF02888894.

6) Ciufolini I., Pavlis E. C. A confirmation of the general relativistic prediction of the Lense-Thirring effect // Nature. 2004. 431, pp. 958–960. DOI: 10.1038/nature03007.

7) Damour T., Soffel M., Xu C.-M. General-relativistic celestial mechanics. I. Method and definition of reference systems // Physical Review D. 199. 143. P. 3273–3307. DOI: 10.1103/PhysRevD.43.3273.

8) Damour T., Soffel M., Xu C.-M. General-relativistic celestial mechanics II. Translational equations of motion // Physical Review D. 1992. 45. P. 1017–1044. DOI: 10.1103/PhysRevD.45.1017.

9) Damour T., Soffel M., Xu C.-M. General-relativistic celestial mechanics III. Rotational equations of motion // Physical Review D. 1993. 47. P. 3124–3135. DOI: 10.1103/PhysRevD.47.3124.

10) Diaz J., Rodríguez-Gómez R., Ros E. White Rabbit: When every nanosecond counts // Xcell Journal. 2015. 91. P. 18–25.

11) Everitt C.W.F., Debra D. B., Parkinson B. W., et. al. Gravity Probe B: Final Results of a Space Experiment to Test General Relativity // Physical Review Letters. 2011. 106. P. 221101. DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.221101.

12) Gersl J., Delva P., Wolf P. Relativistic corrections for time and frequency transfer in optical fibres // Metrologia, 2015. 52 (4). P. 1–42. DOI: 10.1088/0026-1394/52/4/552.

13) Kopejkin S. M. Celestial coordinate reference systems in curved space-time. Celestial Mechanics. 1988. 44. P. 87–115. DOI: 10.1007/BF01230709.

14) Post E. J. Sagnac Effect // Reviews of Modern Physics. 1967. 39. P. 475–481. DOI: https://doi.org/10.1103/RevModPhys.39.475.

15) Rost M., Piester D., Yang W., Feldmann T., Wübbena T., Bauch A. Time transfer through optical fibres over a distance of 73 km with an uncertainty below 100 ps // Metrologia. 2012. 49 (6). P. 772–778. DOI: 10.1088/0026-1394/49/6/772.

16) Sagnac G. L’éther lumineux démontré par l’effet du vent relatif d’éther dans un interféromètre en rotation uniforme // Comptes rendus de l'Académie des Sciences. 1913. 157. P. 708–710. URL: http://www.ether-wind.narod.ru/Sagnac_1913_10/Sagnac_1913_10_fr.pdf (дата обращения: 15.09.2022).

17) Schiff L. I. On Experimental Tests of the General Theory of Relativity // American Journal of Physics. 1960. 28. P. 340–343. DOI: 10.1119/1.1935800.

18) Shapiro I. I. Fourth Test of General Relativity // Physical Review Letters. 1964. 13. P. 789–791. DOI: 10.1103/PhysRevLett.13.789.

19) Soffel M., Klioner S. A., Petit G., et. al. The IAU 2000 Resolutions for Astrometry, Celestial Mechanics, and Metrology in the Relativistic Framework: Explanatory Supplement // The Astronomical Journal. 2003. 126 (6). P. 2687–2706. DOI: 10.1086/378162.