Strontium Gitteruhr
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Optische Uhren könnten die Atomuhren der Zukunft werden. Ihr "Pendel", also der regelmäßige Schwingungsvorgang, den jede Uhr braucht, ist eine Schwingung im Bereich sichtbaren Lichts. Weil dessen Frequenz höher ist als bei den Mikrowellenschwingungen der Cäsium-Atomuhren, wird noch einmal eine Steigerung in der Genauigkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit erwartet. Bei der optischen Gitteruhr werden Strontiumatome im Interferenzmuster zweier Laserstrahlen festgehalten. In diesem so genannten "optischen Gitter" kann dann das atomare "Pendel", d.h. die Absorptionsfrequenz der Atome, sehr genau gemessen werden.
Bild 1: Vakuumkammer mit gespeicherten Strontiumatomen
Bild 2: Energieniveauschema des Strontium - Atoms mit Wellenlängen und Übergangsraten
Bild 3: Schematische Darstellung eines optischen Gitters. Die Atome werden in den Intensitätsmaxima der stehenden Welle des optischen Gitters gefangen. Bei der "magischen Wellenlänge" ist die Verschiebung durch das Fallenlicht bei beiden Zuständen des Uhrenübergangs genau gleich, und die Linie kann ungestört beobachtet werden.
Für diese optische Gitteruhr wurde jetzt das Laden kalter Atome in ein optisches Gitter soweit optimieren, dass innerhalb von 150 Millisekunden ca. 106 Strontiumatome bei einer Temperatur von wenigen Mikrokelvin in das Gitter geladen werden. Die Atome bleiben dort über mehrere Sekunden lang gespeichert und stehen für eine Präzisionsmessung der optischen Frequenz zur Verfügung. Dieser Wert würde für die Neudefinition der SI-Basiseinheit Sekunde dienen, wenn weitere Untersuchungen und internationale Vergleiche zeigen, dass diese Frequenz genau genug bestimmbar ist.
Bild 4: Absorptionsbilder in Falschfarbendarstellung von Strontiumatomen als Funktion der Zeit nach Abschalten der magnetooptischen Falle. Die nicht gespeicherten Atome fallen nach unten, die im Gitter gespeicherten Atome sind als horizontale Linie sichtbar.
© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2010-03-12, Webmaster Abteilung 4
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