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Physikalisch-Technische Bundesanstalt

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Hochgenaue Vergleiche von Fontänenfrequenznormalen

Beim Vergleich zweier Caesiumfontänen über eine Zeitspanne von einigen Wochen ergab sich eine relative Abweichung von weniger als 0,5 · 10-15, also deutlich unter der für beide Frequenznormale abgeschätzten Unsicherheit von jeweils 1,5 · 10-15. Diese Abweichung konnte mit einer sehr geringen Messunsicherheit von 0,6 · 10-15 bestimmt werden.

Fontänenfrequenznormal: NIST-F1

Mit lasergekühlten Caesiumatomen kann man derzeit die genauesten Atomuhren bauen. Wegen der geringen und wohldefinierten Geschwindigkeit dieser Atome sind sowohl die Stabilität als auch die Genauigkeit von Caesiumfontänen um mindestens eine Größenordnung höher, als es jahrelang mit Caesiumatomuhren mit thermischem Atomstrahl zu erreichen möglich war. In der PTB funktioniert die Fontäne CSF1 seit 1999. Ihre Stabilität konnte durch den Vergleich mit einem aktiven Wasserstoffmaser der PTB bestätigt werden. Als zwei Monate lang die beiden Caesiumfontänen des amerikanischen NIST und der PTB in Betrieb waren, ergab sich die Gelegenheit, zwei gleichartige und ähnlich genaue, aber nach unterschiedlichen Prinzipien der Realisierung aufgebaute Uhren zu vergleichen.

Der Vergleich von NIST-F1 und CSF1 wurde zunächst an beiden Orten relativ zu je einem aktiven Wasserstoffmaser durchgeführt. Diese Maser wurden wiederum über verschiedene Verfahren miteinander verglichen. Dabei handelt es sich einmal um die Laufzeitmessung von Zeitsignalen, die zwischen den beteiligten Instituten über Telekommunikationssatelliten ausgetauscht werden, zum anderen um eine Weiterentwicklung des seit Jahren gebräuchlichen Verfahrens, die Ankunftszeit von Signalen des Global Positioning System (GPS) zu registrieren. Für den betrachteten Zeitraum ergaben die beiden Verfahren ein Ergebnis, mit einer Differenz von 0,3 · 10-15, was in der angegebene Messunsicherheit berücksichtigt ist. Einen Hinweis auf systematische Unterschiede zwischen den beide Fontänen kann daraus nicht abgeleitet werden. Beide zeigen also sehr genau, was die Stunde geschlagen hat. Die kleine Messunsicherheit ist insofern bemerkenswert, als die beiden Fontänen 9000 km voneinander entfernt arbeiten.

Ansprechpartner:

Abteilung 4.42
Telefon: 0531-592-4420

© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2011-11-17, Volker Großmann Seite drucken DruckansichtPDF-Export PDF