自由运转铷原子钟与GPS时间的精确同步及其在实验粒子物理学中的应用

我们展示了为精确同步自由运转的铷原子钟与协调世界时（UTC）而开发的时间校正算法的研究结果。这项研发是针对目前正在日本建设的超级神冈（Hyper-Kamiokande, HK）实验进行的，该实验要求与 UTC 及其不同实验站点之间的同步精度优于 $100$ ns。我们使用全球导航卫星系统（GNSS）接收器，将由自由运转铷钟产生的 PPS 和 $10$ MHz 信号与全球定位系统（GPS）时间信号进行比较。我们利用这些比较来校正由铷钟信号提供的时间序列（时间戳）。我们通过在一定积分时间窗口内用时间的多项式函数拟合铷钟时间与 GPS 时间之差，以离线或在线模式提取铷钟时间戳的校正值。在在线模式下，最新的拟合结果将用于校正，直到获得新的与 GPS 时间的比较值。我们证明，使用大约 $10^4$ 秒的积分时间窗口，我们可以校正由频率随机游走噪声和自由运转铷钟的确定性频率漂移引起的时间戳漂移，使得在离线或在线校正模式下，与 GPS 时间的时间差保持在 $\pm5$ ns 范围内。所呈现的结果可能对中微子物理和多信使天体物理领域的其他实验具有参考意义。