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Optische Uhr

Optische Strontiumuhr in einem PKW-Anhänger

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Transportable Variante überholt Konkurrenten

Auch hinsichtlich der Stabilität (ebenfalls eine starke Seite der stationären Strontium-Gitteruhr der PTB) hat diese transportable Variante ihre Konkurrenten so weit überholt, dass sie Geodäten aufhorchen lässt: „Wir erreichen bereits nach Messungen von weniger als einer Stunde den Bereich von wenigen 10-17, der notwendig ist, um Höhenunterschiede von ungefähr 10 Zentimetern zu messen. Mit zwei Uhren und einer Verbindung geht dies auch zwischen sehr weit entfernten Zielen, etwa über einen Kontinent“. Weil eine solche optische Uhr damit etwas in einem Schritt schafft, wofür bisherige geodätische Methoden viele Einzelschritte benötigen, arbeiten Lisdat und seine Kollegen schon seit einigen Jahren eng mit Wissenschaftlern der Leibniz Universität Hannover im DFG-Sonderforschungsbereich 1128 geo-Q zusammen.

Ein Blick in den klimatisierten Autoanhänger, in dem die transportable Uhr untergebracht ist, offenbart ein Gewirr aus Kabeln, Lasern und Computern. „Es war keine triviale Aufgabe, alle Lasersysteme zum Herunterkühlen und Einfangen der Atome mitsamt der nötigen Elektronik auf solch kleinem Raum unterzubringen“, erläutert Christian Lisdat. Als besonders kompliziert erwies sich die transportable Version des Abfragelasers (der also die richtige Frequenz der Strontiumatome ermittelt). Aber schließlich konnte der kleine Anhänger, der außen die Aufschrift der verwendeten optischen Uhrenfrequenz trägt, fertiggestellt und bei zwei Messkampagnen außerhalb des PTB-Geländes getestet werden. Obwohl noch bessere Komponenten schon in der Entwicklung sind, ist diese Uhr bereits jetzt zehnmal genauer und hundertmal stabiler als die besten transportablen Cäsium-Fontänenuhren.

Damit ist die transportable optische Uhr der PTB bereit für geodätische Höhenmessungen, internationale Uhrenvergleiche, Präzisionsmessungen von Fundamentalkonstanten – und macht einen wichtigen Schritt für Anwendungen im Weltraum.

Originalveröffentlichung: S. B. Koller, J. Grotti, S. Vogt, A. Al-Masoudi, S. Dörscher, S. Häfner, U. Sterr, C. Lisdat: A transportable optical lattice clock with 7 × 10−17 uncertainty. Phys. Rev. Lett. 118, 073601 (2017)

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