時間・周波数標準の発生と供給:関連研究成果.原子時計運搬による重力赤方偏移の検出

Abstract

According to the theory of general relativity, the proper frequency of the clocks in lower altitude becomes lower than that in higher altitude, because of the effect of gravity. This phenomenon is called as gravitational red shift. Some Cesium clocks from CRL Tokyo headquarters have been transported to two LF frequency standard stations, Mt. Ootakadoya and Mt. Hagane. The altitudes between the headquarters and the stations differ by several hundred meters. The frequencies of the clocks before and after the transportation were measured. Averages of the observed shifts for these two stations are about + 7.7 x 10(exp -14) and + 13.0 x 10(exp -14) respectively, which show the good agreement with the theoretically expected shifts of + 7.8 x 10(exp -14) and + 9.0 x 10(exp -14), respectively.

一般相対性理論によると、高度差の異なる2地点間における時計は、高所では周波数が高く、低所では周波数が低くなる。この物理現象は、重力赤方偏移と呼ばれている。我々は、複数のセシウム原子時計(セシウム原子周波数標準器)を東京都内に位置する通信総合研究所(CRL)小金井本所から長波帯標準電波送信所(おおたかどや山送信所およびはがね山送信所)へ運搬を行い、時計の周波数変化を測定して、重力赤方偏移を観測した。周波数標準器の運搬前後によって期待される重力赤方偏移(周波数シフト)の理論値は、おおたかどや山送信所が+7.8×10(exp -14)、はがね山送信所が+9.0×10(exp -14)である。測定値のデータの平均値は、それぞれ+7.7×10(exp -14)と+13.0×10(exp -14)となり、理論とほぼ一致した。