Zeitmessung bis zu tausendmal genauer als bisher
Ein bis zu tausendmal genaueres Zeitnormal als bisherige Cäsium-Uhren könnten bald Atomkern-Uhren mit Hilfe von optischen Frequenzkämmen ermöglichen.
Ein bis zu tausendmal genaueres Zeitnormal als bisherige Cäsium-Uhren könnten bald Atomkern-Uhren mit Hilfe von optischen Frequenzkämmen ermöglichen. Forscher des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik in Garching (MPQ) konnten mit modengekoppelten Femtosekunden-Lasern und nichtlinearer Konversion solche hochpräzisen Frequenzkämme bis hin zum fernen Ultraviolett (XUV) erzeugen. Damit lassen sich relative Genauigkeiten von 10-18 anpeilen.
Die durch Hyperfeinstruktur-Übergänge des äußeren Cäsium-Elektrons erzeugte Taktfrequenz aktueller Cäsiumuhren liegt bei "nur" 9,2 GHz. Optische Atomuhren arbeiten mit Übergängen zwischen Elektronenzuständen und besitzen so einen bis zu hunderttausend Mal höheren "Grundtakt" -- es war bislang nur schwierig, diesen Takt genau zu vermessen. Mit dem Trick der Frequenzkämme (Anregung durch kurze Laser-Pulse im Femtosekunden-Bereich) lässt sich jedoch die Anzahl der Lichtschwingungen etwa bei der roten Kalzium-Linie (657 nm Wellenlänge beziehungsweise 456 TeraHertz) sehr präzise auszählen.
Das Team um Christian Gohle unter Leitung von Professor Theodor W. Hänsch vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik hat die Frequenzkämme nun mit geschickt aufgestellten Spiegeln mit Xenon als nichtlinearem Medium in den extremen UV-Bereich hineinverlagern können und nähert sich damit dem Bereich, in dem man Resonanzen mit Atomkern- statt mit Elektronenübergängen erzeugen kann, was die Präzision weiter erhöht.
Wie die Forscher betonen, stellt die Einfachheit und Kompaktheit der Quelle und die hohe Wiederholrate auch Anwendungen in der Halbleiterherstellung und hochdichten holografischen Datenspeicherung in Aussicht.
Auch die obersten deutschen Zeithüter, die Forscher der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig (PTB) basteln bereits seit ein paar Jahren an optischen Atomuhren. Ihre altgediente Cäsium-Uhr CS4, deren Zwillingsschwester weiterhin in der PTB-Zeithalle ihre Arbeit verrichtet, kann man seit ein paar Wochen in einer Daueraustellung im Braunschweigischen Landesmuseum am Burgplatz besichtigen. Die Öffnungszeiten: Di, Mi, Fr, Sa, So, 10.00 bis 17.00 Uhr; Do, 10.00 bis 20.00 Uhr. Der Eintritt ist frei.
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