科学家们的任务是创建一个全球原子钟网络，这将使我们能够更好地理解物理的基本定律，研究暗物质，并更精确地在地球和太空中导航。

然而，为了发挥最大效能，这些时钟需要通过大气层可靠、快速地连接在一起，这绝非易事。新的研究概述了一个成功的实验，激光束在2.4公里（1.5 英里）的距离内保持稳定。

相比之下，新链接的稳定性大约是以前组合的任何东西的100倍。它还展示了比这些激光器可用于监控的原子钟高约1,000倍的稳定性。

研究人员在他们发表的论文中写道：“结果表明，本文提出的相位和幅度稳定技术可以为光学原子钟在湍流大气中的超精确时间尺度比较提供基础。”

该系统建立在去年进行的研究的基础上，科学家们开发了一种激光链路，能够以前所未有的稳定性在大气层中保持自身。

在这项新的研究中，研究人员从五楼的窗户向1.2公里（0.74英里）外的反射器发射了一束激光。然后，光束被反弹回光源，以达到5分钟的总距离。

使用降噪技术、温度控制和对反射器的微小调整，该团队能够通过波动的空气保持激光稳定。这里地面的大气湍流很可能等同于数百公里的地对卫星湍流（空气更平静，大气中的密度较低）。

虽然激光精度在十年左右的时间里一直保持相当稳定，但我们最近看到了一些重大改进，包括由 Boulder Atomic Clock Optical Network (BACON) Collaboration 运营并于去年 3 月进行测试的激光装置。

该装备涉及脉冲激光，而不是在这项新研究中测试的连续波激光。两者在不同的场景下各有优势，但连续波激光器的稳定性更好，可以在设定的时间内传输更多的数据。

西澳大利亚大学的天体物理学家大卫·戈扎德说：“这两个系统都击败了目前最好的原子钟，所以我们在这里分心，但我们的最终精度更好。”

一旦原子钟网络组合在一起，科学家们将能够进行的测试包括爱因斯坦的广义相对论，以及如何解决它与我们所知道的量子物理学的不相容性。

通过非常精确地比较两个原子钟的计时——一个在地球上，一个在太空中——科学家们最终希望能够找出广义相对论在哪里成立和在哪里成立。如果爱因斯坦的想法是正确的，那么远离地球引力的时钟应该会走得更快一些。

但它的用处并不止于此。像这样的激光最终可以用于管理物体进入轨道的发射、地球和太空之间的通信，或者连接太空中的两个点。

“当然，你不能将光纤电缆连接到卫星上，”戈扎德说。

该研究已发表在《物理评论快报》上。