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lange Lebensdauer messen

Wenn ein angeregtes Atom schnell wieder in seinen Grundzustand zurückfällt, ist seine Lebensdauer verhältnismäßig leicht zu messen. Ganz anders, wenn das Atom lange im angeregten Zustand verweilt. Dann war sie bisher nur mit enormem Aufwand festzustellen. Jetzt haben Forschende aus der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) erstmals diese Messaufgabe gelöst. Mit einem völlig neuen experimentellen Ansatz hat das Team die Lebensdauer des ersten angeregten Zustands eines einzelnen Ytterbium-Ions zu 1,58(8) Jahren ermittelt. Das ist mehr als 6000-mal länger als die längste bisher gemessene Lebensdauer eines elektronischen Zustands. Die Methode, die das Team in der aktuellen Ausgabe von Physical Review Letters beschreibt, hat große Bedeutung für grundlegende Fragen der Atomphysik und die Entwicklung optischer Atomuhren.

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Advanced manufacturing (Symbolbild)

Der Produktionssektor ist das Rückgrat der europäischen Industrie, mit rund 2 Millionen Unternehmen und mehr als 30 Millionen Arbeitsplätzen. Nach Angabe der EU fließen etwa die Hälfte aller Forschungsgelder in diesen Bereich. Denn es gibt hier viel zu forschen, etwa zu den zentralen Herausforderungen Digitalisierung und Nachhaltigkeit. Überall ganz entscheidend mit dabei: messtechnische Fragestellungen. Um die metrologischen Kapazitäten zu bündeln und zu fördern, hat EURAMET, die Vereinigung der europäischen Metrologieinstitute, ein Europäisches Metrologienetzwerk (EMN) mit dem Titel „Advanced Manufacturing“ gegründet. Kommissarischer Koordinator ist Harald Bosse von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB).

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Prinzip des Laser-Wakefield-Beschleunigers

Seit Jahrzehnten wurden Teilchenbeschleuniger immer größer. Inzwischen haben Ringbeschleuniger mit Umfängen von vielen Kilometern eine praktische Grenze erreicht. Auch Linearbeschleuniger im GHz-Bereich erfordern sehr große Baulängen. Seit einigen Jahren gibt es jedoch eine Alternative: „Teilchenbeschleuniger im Tischformat“, die auf der Laseranregung von Kielwellen in Plasmen (laser wakefield) basieren. Solche kompakten Teilchenbeschleuniger wären insbesondere für künftige beschleunigergetriebene Lichtquellen interessant, werden aber auch für die Hochenergiephysik untersucht. Ein Team aus dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) hat eine Methode entwickelt, um den Querschnitt der so beschleunigten Elektronenpakete präzise zu vermessen. Dadurch rücken Anwendungen dieser neuen Beschleunigertechnologien für Medizin und Forschung näher. 

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Das Wasserstoff-Innovationslabor mit dem Titel „Nachhaltige Verbrennungskonzepte“ ist gestartet. Mit einer Förderung des niedersächsischen Ministeriums für Wissenschaft und Kultur in Höhe von 1,2 Millionen Euro geht das Projekt in die dreijährige Umsetzungsphase. Beteiligt sind neben der PTB die Leibniz Universität Hannover, die TU Braunschweig, die TU Clausthal und die Jade Hochschule Wilhelmshaven. (Ansprechpartner: Ravi Fernandes, 0531 592-3300, Opens local program for sending emailravi.fernandes(at)ptb.de)

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Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Verbundprojekt MIQRO mit 15,8 Millionen Euro. In dem Projekt soll ein Quantencomputer basierend auf Hochfrequenz-gesteuerten Ionen entwickelt werden. Neben der PTB nehmen daran die Leibniz Universität Hannover, die Universität Siegen, die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, die QUARTIQ GmbH sowie die eleQtron GmbH als assoziierte Partner teil. Die Laufzeit beträgt vier Jahre. Der in diesem Projekt entwickelte und betriebene Quantencomputer soll im Anschluss an das Projekt auf tausend Quantenbits skalierbar sein und damit vielfältigen industriellen und akademischen Anwendungen den Weg bereiten, die jenseits der Möglichkeiten von klassischen Supercomputern liegen. (Ansprechpartner: Christian Ospelkaus, 0531 592-4740, Opens local program for sending emailchristian.ospelkaus(at)ptb.de)

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 Cornelia Denz

Ab dem 1. Mai 2022 wird die Physikerin Prof. Dr. Cornelia Denz von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster die PTB leiten. Der derzeitige PTB-Präsident Prof. Dr. Dr. h. c. Joachim Ullrich, der die Präsidentschaft seit dem Jahr 2012 innehat, scheidet dann altersbedingt aus. In der 135-jährigen Geschichte der PTB wird Cornelia Denz die erste Frau an der Spitze der PTB sein. Sie erhielt ihre Berufung in dieses höchste Amt der nationalen Metrologie vom Bundesminister für Wirtschaft und Energie Peter Altmaier, in dessen Ressort die PTB angesiedelt ist. Das Ministerium folgt mit dieser Berufung dem einstimmigen Vorschlag einer mit Vertreterinnen und Vertretern aus Wissenschaft und Wirtschaft prominent besetzten Findungskommission.

Frank Härtig

Der Vizepräsident der PTB Dr.-Ing. Prof. h. c. Frank Härtig hat am 3.9.2021 die Präsidentschaft der International Measurement Confederation (IMEKO) übernommen. In den...

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Schematische Darstellung eines Drei-Scheiben-Sorptionskörpers

Bei der Kalibrierung von Massenormalen ist die Bestimmung der Masse von an der Oberfläche angelagerten Stoffen wichtig. Sie kann mithilfe von Sorptionskörpern ermittelt werden, die aus mehreren einzelnen Scheiben bestehen und zur Steigerung der Messgenauigkeit in Form einer Korrektur berücksichtigt werden. Ein neues Konzept aus der PTB ermöglicht sowohl eine effiziente Handhabung als auch eine einfache Reinigung der einzelnen Scheiben. Erreicht wurde dies durch eine kipp- und wippstabile Lagerung, mit der sich die einzelnen Elemente reversibel zusammensetzen lassen. (Technologieangebot 519)

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Für den Explosionsschutz in industriellen Anlagen ist es sehr wichtig zu wissen, wie sich Partikel (etwa Pulver) beim Transport in Strömungsvorgängen elektrostatisch aufladen. Die neue Technologie basiert auf zwei unterschiedlichen Messungen mithilfe der Particle Image Velocimetry (PIV). Zwischen zwei definierten Messabschnitten befindet sich ein Testkanal, an den ein elektrostatisches Feld angelegt ist. Es lenkt die unterschiedlich aufgeladenen Partikel ab. Durch die Beobachtung der einzelnen Teilchen in diesen Messbereichen wird die Ladungsänderung zwischen diesen Abschnitten ermittelt. Das Verfahren ermöglicht, die elektrostatische Aufladung von laminaren oder turbulenten Strömungen (bei Pulver oder Flüssigkeiten) online und nichtinvasiv zu messen und kann die Sicherheit vieler Transportprozesse verbessern. (Technologieangebot 527)

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Bislang erreichen Lithium-Schwefel-Batterien noch nicht ihre maximal mögliche Kapazität und Lebensdauer. Molekülspezifische, zeitaufgelöste und rückführbare Messungen an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II haben gezeigt, dass die Anreicherung von Polysulfiden an der Anode ein Hauptgrund dafür sein könnte.

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Beispielhafter Aufbau einer Messung mit einem Spektrometer und einem Ortsdosimeter an der UKP-Laseranlage der PTB. Als Material wurde ein Rundstab aus Wolfram verwendet.

Für die Materialbearbeitung werden immer häufiger Ultrakurzpulslaser eingesetzt, deren einzeln Pulse nur Pikosekunden dauern. Da diese Geräte unerwünschte Röntgenstrahlung abgeben können, schreibt das Strahlenschutzgesetz seit dem 20. Mai 2021 eine Genehmigungspflicht vor. Die PTB hat diese Gesetzesänderung mit umfangreichen Strahlenschutzmessungen an ihrer neuen Ultrakurzpuls-Laseranlage begleitet.

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