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MetroSommer 2019 - Dein genauester Sommer!

MetroSommer

Metrosommer 2019Metrosommer 2019

Erlebe den genauesten Sommer Deines Lebens! Wir bieten zwei Monate messtechnische Forschung der Spitzenklasse in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig.
Unter dem Motto „Dein genauester Sommer!“ können vom
1. August bis zum 27. September 2019

Studierende von MINT-Fächern in aktuellen Forschungsprojekten der PTB mitarbeiten. Von der Grundlagenforschung bis zur technischen Zusammenarbeit – wer sich dafür begeistern kann, zwei Monate lang intensiv und gemeinsam mit hochqualifizierten Kolleginnen und Kollegen an interessanten Fragestellungen zu arbeiten, wird unter den 18 hier angebotenen Projekten ein passendes finden.


Der Bewerbungszeitraum läuft vom 1. März bis zum 30. April 2019.

MINT-Studierende gesucht!

Für das freiwillige Praktikum in der PTB, den MetroSommer 2019, kann sich jede(r) bewerben, die/der an einer deutschen Universität/Hochschule ein MINT-Fach studiert und sich zwischen dem dritten Semester eines Bachelor- oder Diplom-Studiengangs und dem Antritt der Master- oder Diplomarbeit befindet und bisher kein Praktikum beim Bund absolviert hat.

Wie bewerben?

Die Bewerbung ist ausschließlich über unser Online-Bewerbungsformular vom 1. März bis zum 30. April 2019 möglich. Hier können Bewerberinnen und Bewerber eine Auswahl von drei Themen treffen, an denen sie gerne mitforschen möchten.
 

Darüber hinaus sind jeweils als PDF-Datei hochzuladen:

  • ein Motivationsschreiben
  • ein tabellarischer Lebenslauf
  • eine aktuelle Studienbescheinigung (Immatrikulationsbescheinigung)
  • eine Kopie des Abiturzeugnisses und, sofern vorhanden, eine Kopie des Bachelorzeugnisses oder Vordiploms
  • ein Nachweis über eine bestehende Krankenversicherung:
    von gesetzlich Versicherten reicht hierfür eine Kopie der Versichertenkarte
    von privat Versicherten ist eine Mitgliedsbescheinigung der KK notwendig
  • bei Bedarf eine Kopie der Aufenthaltsgenehmigung

Der Bewerbungszeitraum läuft vom 1. März bis zum 30. April 2019. Über das Ergebnis der Bewerbung werden die Bewerberinnen und Bewerber bis zum 21. Mai 2019 informiert.

Finanzielles und Unterkunft

Mit allen angenommenen Bewerberinnen und Bewerbern schließt die PTB einen Vertrag über ein Praktikum, das mit pauschal 500 Euro pro Monat vergütet wird. Und für alle, die weiter als 30 Kilometer entfernt wohnen, übernimmt die PTB zudem die Reisekosten für An- und Abreise sowie die Kosten für die Unterbringung in Zimmern eines der Braunschweiger Studentenwohnheime.

Anfahrt

Die Opens internal link in new windowPTB in Braunschweig liegt im Nordwesten der Stadt zwischen Watenbüttel und Lehndorf. Während man sie mit dem Auto von der A2 in etwa zehn Minuten erreicht, dauert die Anreise mit öffentlichen Verkehrsmitteln ein wenig länger. Vom Braunschweiger Hauptbahnhof oder aus der Innenstadt benötigt man mit den Buslinien 461 bzw. 433, die beide direkt vor dem Empfangsgebäude der PTB halten, eine knappe halbe Stunde. Weitere Infos über Fahrpläne gibt es bei der Opens external link in new windowBraunschweiger Verkehrs-GmbH oder in deren Opens external link in new windowFahrplan-App.

Themenbeschreibungen der Projekte 2019

Thema #01-2019: Quantentechnologie für Experimente mit gefangenen Ionen

Unsere Gruppe am QUEST (Quantum Engineering and Space-Time Research) Institut beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Methoden der Quantentechnologie, insbesondere für die Zeit- und Frequenzmetrologie mit einzelnen geladenen Atomen (Ionen). Wir verwenden dafür Techniken, die ursprünglich im Rahmen der Quanteninformationsverarbeitung entwickelt wurden und auf nicht-klassischen Eigenschaften, wie beispielsweise der quantenmechanischen Verschränkung, beruhen. Dies ermöglicht Experimente mit Ionen, die etablierten Techniken, wie beispielsweise der Laserkühlung, nicht direkt zugänglich sind. Wir nutzen diesen Ansatz zur Spektroskopie von hochgeladenen Ionen und Molekül-Ionen, und zum Bau einer auf einem Aluminium-Ion basierenden, extrem genauen Quantenlogik-Uhr.

Im Rahmen des MetroSommers soll ein Projekt im Umfeld dieser Experimente durchgeführt werden. Erwartete Aufgaben sind die Entwicklung von optischen oder elektronischen Aufbauten, die genaue Ausgestaltung und Schwerpunktsetzung kann den Neigungen des Kandidaten/der Kandidatin entsprechend angepasst werden. Beispiele für Projekte sind der Aufbau einer Frequenzverdopplung zur Erzeugung ultravioletter (UV) Laserstrahlung oder die Entwicklung und Charakterisierung eines Glasfaser-gekoppelten optischen Aufbaus zum Schalten und Frequenzverschieben von UV-Laserstrahlung.

Behandelte Themengebiete: Quantentechnologie, Atomspektroskopie, Aluminium-Ion Quantenlogik-Uhr, Laserkühlung, Optik & Elektronik

Betreuer: Fabian Wolf, Ludwig Krinner

Thema #02-2019: Untersuchung von Bandgap Dioden auf ihre Eignung als Spannungsnormal

Im Bereich der elektrischen Messtechnik wird die Unsicherheit der Spannungsmessung beschränkt durch das beste verfügbare Gerät. Dies sind elektronische Spannungsnormale. Bei Raumtemperatur beträgt bei Spannungsnormalen das Rauschen zurzeit 500 nV, während ein Josephson-Spannungsnormal bei 4,2 K nur mit wenigen nV rauscht. Um bei Raumtemperatur eine bessere Referenz zu haben muss ein neues Gerät entwickelt werden. Dazu bieten sich Bandgap-Referenzen an, die deutlich weniger rauschen (< 100 nV). Es soll eine Schaltung mit einer Bandgap-Referenz aufgebaut werden und auf ihr Rauschverhalten gegenüber dem Josephson-Spannungsnormal untersucht werden.

Behandelte Themengebiete: Elektrotechnik, Präzisionsmesstechnik, Schaltungsentwicklung, Lötkenntnisse (SMD)

Betreuer: Opens external link in new windowDr. Bernhard Schumacher, Christian Rohrig

Thema #03-2019: Femtosekundenoptik

Optische Messtechnik basierend auf Femtosekundenlasern findet heutzutage großen Einsatz in Grundlagenexperimenten und Hochfrequenzanwendungen. So können mit solcher Messtechnik beispielsweise elektrische, magnetische und thermische Signale mit einer Zeitauflösung von wenigen Femtosekunden gemessen werden. In diesem Projekt sollen Grundlagen zur laserbasierten Messtechnik mit Femtosekundenlasern vermittelt werden. Dies beinhaltet die folgenden Punkte wobei der Fokus wahlweise auf einen Aspekt gelegt werden kann. (i) Optische Pulsformungstechniken, mit denen die zeitliche Form der optische Femtosekundenimpulse beliebig verändert werden kann, (ii) Erzeugung und Messung von leitungsgebundenen und im Freiraum propagierenden Hochfrequenzsignalen im GHz und THz Bereich, (ii) Implementierung von unterschiedlichen optischen Mess- und Abtastverfahren.

Behandelte Themengebiete: Femtosekundenoptik, optische Pulsformungstechnik, optoelektronische Messverfahren, Hochfrequenztechnik

Betreuer:  Dr. Mark Bieler, Paul Struszewski

Thema #04-2019: Interferometrie zur Weitergabe der SI-Einheit Meter

Stetig steigende Anforderungen an Fertigungstoleranzen in der Industrie bedingen neue Herausforderungen an die Präzision der Messtechnik. Die PTB wird diesem Anspruch durch den Aufbau weltweit einzigartiger Interferometer gerecht. Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Druck sind dabei von entscheidender Bedeutung.

Dieses Praktikum soll einen Einblick in das Feld der interferometrischen Längenmessung geben. Der inhaltliche Fokus wird abhängig vom persönlichen Interesse gesetzt. Eine Möglichkeit besteht im Aufbau und der Justage eines unterstützenden, abbildenden Interferometers. Die Programmierung einer kontinuierlichen Drucküberwachung mit vorhandener Messtechnik ist ebenso möglich.

Behandelte Themengebiete: abbildende Interferometrie zur Messung der absoluten Länge, hardwarenahe Geräteprogrammierung unter VB.NET.

Betreuer: Opens external link in new windowAlexander Walkov, Dr. Guido Bartl

Thema #05-2019: Ermittlung der Normspaltweite bei nichtatmosphärischen Bedingungen

 

Explosionen in industriellen Anlagen möchte jeder vermeiden, denn abgesehen von teuren Zerstörungen kommen dabei immer wieder Menschen zu Schaden. Deshalb befasst sich die PTB mit dem Explosionsschutz.

Brennbare Gase werden auf Basis der Normspaltweite nach ihrer Gefährlichkeit eingeteilt. Dieser Wert ist die größte Weite eines Ringspaltes, bei der eine Flamme mit Sicherheit noch nicht durchschlägt. Normalerweise wird die Messung bei leicht erhöhtem Systemdruck mit einem explosionsfähigen Prüfgemisch gemessen, das nur Brenngas und Luft enthält.

In Deinem Projekt führst Du diese Zündversuche durch. Allerdings veränderst das Verhältnis von Luft und Brenngas und fügst ein nicht-brennbares (inertisierendes) Gas hinzu. Der Grund dafür ist, dass unter typischen realen Einsatzbedingungen von Geräten manchmal von Luft abweichende Gaszusammensetzungen vorkommen. So kannst Du ermitteln, ob die Normspaltweite als Klassifizierungskriterium dann noch geeignet ist.

Behandelte Themengebiete: Flammendurchschlag durch Spalte, Explosionsschutz, Beurteilung der Explosionssicherheit von Geräten

Betreuer: Dr. Sabine Zakel, Thomas Stolz

Thema #06-2019: Von der Kamera zur physikalischen Größe

Bei  Untersuchungen im Explosionsschutz spielt die Visualisierung von Verbrennungs- und Explosionsvorgängen eine wichtige Rolle. Dabei ist die Kette von der Bildaufnahme bis zur Darstellung physikalischer Größen zu durchlaufen. Im Rahmen dieses Projektes sollen für eine digitale Kamera mit Hilfe  zur Verfügung stehender Bibliotheken in Python Programme zur Bildaufnahme in verschiedenen Situationen erstellt werden. Im nächsten Schritt werden die aufgenommenen Bilder aufbereitet und verarbeitet. Hier kommt als Programmiersprache die GNU-Data-Language (GNUDL) bzw. IDL zum Einsatz. Für die Bildverarbeitung kommen  vorimplementierte mathematische Verfahren (z.B. Fourier-Transformation) zum Einsatz. Um Bilder einer Schlierenoptik physikalisch auswerten zu können, soll ein Algorithmus zur 2-dimensionalen Integration implementiert werden. Ziel dabei ist es, die Brechungsindexgradienten des Schlierenbildes in ein Dichte- bzw. Temperaturfeld zu überführen.

Behandelte Themengebiete :  Kamerasteuerung, Bildverarbeitung, Schlierenoptik, numerische Mathematik, 2D-Integration

Betreuer: Opens external link in new windowDr. Frank Stolpe, Dr. Arnas Lucassen

Thema #07-2019: Qubits für Atomuhren

Unsere Gruppe am QUEST (Quantum Engineering and Space-Time Research) Institut beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Methoden der Quantentechnologien, insbesondere für die Zeit- und Frequenzmetrologie mit geladenen Atomen (Ionen). Optische Atomuhren basierend auf einzelnen lasergekühlten Ionen zählen zu den präzisesten Messinstrumenten, die Wissenschaftler bisher entwickelt haben. Da in der Quantenmechanik der Anregungszustand eines Atoms aber nur mit 1 oder 0 gemessen werden kann, braucht es sehr lange Messzeiten, um die atomare Eigenfrequenz zu bestimmen. In unserer Arbeitsgruppe werden viele Ionen gleichzeitig in einer Paul-Falle gefangen und zu Coulomb-Kristallen lasergekühlt, um viele Qubits gleichzeitig abfragen und damit schnelle Uhrenmessungen durchführen zu können. Damit können auch neue Konzepte basierend auf verschränkten quantenmechanischen Zuständen von Atomen realisiert werden, die die klassischen Limits unterschreiten. 

In diesem Praktikumsprojekt werdet Ihr einen Einblick in die aktuelle quantenoptische Forschung bekommen und direkt am Herzen des Experiments mitarbeiten: Ihr werdet unter unserer Anleitung blaues Laserlicht bei einer Wellenlänge von 411nm mit einem optischen Leistungsverstärker präparieren und zu den Atomen schicken und die Eigenschaften des Lasers spektroskopisch charakterisieren. Der jeweilige Fokus des Projekts kann dabei auf eure persönlichen Interessen und Vorkenntnisse abgestimmt werden.

Behandelte Themengebiete: Atomuhren, Atomspektroskopie, Laserkühlung, Quantenoptik, Lasertechnologie, Optik & Elektronik  

Betreuer: Opens external link in new windowPD Dr. Tanja Mehlstäubler, Dr. André Kulosa

Thema #08-2019: Ein stabiler Laser für eine transportable optische Atomuhr

In unserer Gruppe entwickeln und betreiben wir optischen Atomuhren mit neutralen Atomen. Diese optischen Uhren nutzen lasergekühlte Strontiumatome, die im Interferenzmuster eines Laserstrahls gefangen werden. Die Übergangsfrequenz eines ihrer elektronischen Übergänge kann so genau mit der Frequenz eines extrem frequenzstabilen Lasers verglichen werden.

Diese Uhren sind so genau, dass man mit ihnen die relativistische Änderung des Zeitverlaufes aufgrund eines geringen Höhenunterschiedes von einigen Zentimetern beobachten kann. Ebenso kann umgekehrt der Höhenunterschied gemessen werden. Damit bieten sich Anwendungen auch in der Geodäsie an, für die unsere komplexen Aufbauten aber transportabel gemacht werden müssen.

Wir betreiben eine solche transportable Strontium-Uhr, für die wir einen neuen, hochstabilen Abfragelaser aufbauen. Dessen Frequenz wird unter anderem durch Vibrationen des Bodens gestört, was im Betrieb der Uhr außerhalb von speziellen Laboren sehr störend sein kann. Da der Abfragelaser ein zentraler Teil jeder optischen Uhr ist, wollen wir den Aufbau in diesem Projekt verbessern, um eine stabilere Ausgangsfrequenz zu erhalten. Dazu wollen wir diese Störungen der Laserfrequenz aktiv unterdrücken. Sie werden den Einfluss von Bodenvibrationen auf die Laserfrequenz charakterisieren und den Laseraufbau so erweitern, dass die verbleibenden seismischen Störungen gemessen werden und die Laserfrequenz entsprechend gegengesteuert wird, um ihren Einfluss zu kompensieren.

Behandelte Themengebiete:  Atomuhren, hochstabile Laser, Laseroptik, Atomspektroskopie, Laserkühlung, Quantenoptik

Betreuer: Opens external link in new windowSofia Herbers, Sören Dörscher

Thema #09-2019: Durchflussmesstechnik - Tests für die metrologische Praxis

In der Durchflussmesstechnik kommen für die Durchführung von Vergleichsmessungen unterschiedlichste Typen von Sensoren wie z.B. Coriolis, Turbinen oder auch magnetisch-induktive Geräte zum Einsatz. Um Vergleichsmessungen auf höchstem metrologischen Niveau durchführen zu können, ist eine genaue Kenntnis der Geräteeigenschaften notwendig.

Das Thema des Praktikums bietet die Möglichkeit, einen Einblick in dieses aktuelle Forschungsthema des Fachbereiches 1.5 „Flüssigkeiten“ zu erhalten. So werden Messysteme untersucht, die derzeit für nationale und internationale Vergleichsmessungen eingesetzt werden. Im Fokus des Praktikums stehen Arbeiten, die sich mit der Abhängigkeit der Messgeräte in Bezug auf instabile Umgebungsbedingungen wie Temperatur oder Luftfeuchte beschäftigen. Weiterhin werden die Geräte auf unterschiedliche Einlaufbedingungen mittels Lasermessungen charakterisiert. Für die Untersuchungen kommen dabei verschiedenste Messtechniken wie Klimakammer, Drallerzeuger, Durchflusssensoren oder auch Laser-Messgeräte zum Einsatz.

Im Rahmen des Praktikums können erste Einblicke in die eingesetzte Messtechnik gewonnen werden. Es werden gemeinsam Versuche durchgeführt und ausgewertet. Je nach Interessenlage können dabei eigene Schwerpunkte gesetzt werden.

Behandelte Themengebiete: Durchflussmesstechnik, Durchführen und Analyse eines Messverfahrens, Klimamesstechnik, Strömungsdiagnose

Betreuer: Opens external link in new windowDr. Enrico Frahm, Dr. Corinna Kroner

Thema #10-2019: Prüfung von MEMS-basierten Messmikrofonen

Schallpegelmesser sind die Messgeräte zur Bestimmung von Lärmpegeln und werden an der PTB nach umfangreichen Vorgaben auf Eichfähigkeit geprüft. In jüngster Zeit finden auch Messmikrofone auf der Basis von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) Verwendung als Schallsensor. Im Gegensatz zu klassischen Kondensatormikrofonen beinhalten diese selbst bereits elektronische Komponenten und können nicht ohne weiteres nach den bisherigen Vorschriften vermessen und beurteilt werden. So kann zum Beispiel die bei Kondensatormessmikrofonen gegebene Pegellinearität nicht mehr per se angenommen werden. Neue Verfahren zur Prüfung elektronischer Komponenten und Algorithmen in Schallpegelmessern sind notwendig.

Aufgabe des Praktikums ist es, einen Messaufbau zur Prüfung von MEMS-basierten Messmikrofonen unter Anleitung aufzubauen und eigenständig Untersuchungen durchzuführen.

Behandelte Themengebiete: Akustik

Betreuer: Dr. Christoph Kling, Sonja Walther

Thema #11-2019: Infraschallkalibrierung von Mikrofonen

Das sichere Messen tieffrequenten Schalls gewinnt zunehmend an Bedeutung. So muss zum Beispiel der tieffrequente Lärm großer Maschinen auf mögliche Gefährdung beurteilt werden. Grundvoraussetzung einer verlässlichen Messung ist die Kalibrierung der verwendeten Infraschallmikrofone. Klassische Methoden sind auf den Hörschallbereich ausgelegt und versagen typischerweise bei Frequenzen unter 10 Hz. Daher wird weltweit nach neuen Methoden zur Kalibrierung von Infraschallmikrofonen gesucht. An der PTB werden verschiedene Ideen zur primären und zur sekundären Kalibrierung verfolgt wie zum Beispiel das sogenannte „Mikrofonkarussell“.

Aufgabe des Praktikums ist es, ein Kalibrierprinzip in einem Messaufbau unter Anleitung umzusetzen und eigenständig Untersuchungen zur Machbarkeit der Infraschallkalibrierung von Mikrofonen durchzuführen.

Behandelte Themengebiete: Akustik

Betreuer: Opens external link in new windowDr. Christoph Kling, Sonja Walther

Thema #12-2019: Optische Nanostrukturen als hochreflektive Spiegel

Mithilfe von nanostrukturierten Oberflächen können effiziente optische Elemente entwickelt werden. Ein prominentes Beispiel sind neben den Beugungsgittern reflektive Nanostrukturen. Vorteile der Nanostrukturen gegenüber konventionellen Schichtspiegeln sind die Integrierbarkeit von verschiedenen optischen Funktionen wie beispielsweise einer ortsabhängigen Phasenverschiebung sowie ein theoretisch vorhergesagtes geringeres thermisches Rauschen in einem einzelnen optischen Element. Letztere Eigenschaft kommt insbesondere bei der Entwicklung optischer Komponenten für die nächste Generation von Gravitationswellendetektoren zum Tragen.

Im Rahmen dieses Projektes werden die optischen Eigenschaften neuartiger, an der PTB entwickelter, Nanospiegel untersucht. Neben ersten direkten Transmissions- und Reflexionsmessungen soll die Implementierung eines Cavity-Ringdown-Setups begleitet und hochpräzise Reflexionsmessungen durchgeführt werden. Wichtige Erfahrungen für die experimentelle Arbeit auf dem Gebiet der optischen sowie elektronischen Messtechnik und die Einführung in wissenschaftlich selbstständiges Arbeiten stehen im Fokus des angebotenen Projektes.

Behandelte Themengebiete:  Nanotechnologie, Optische Messtechnik, Interferometrie, Elektronische Messverfahren

Betreuer: Opens external link in new windowProf. Dr. Stefanie Kroker, Johannes Dickmann

Thema #13-2019: Dynamische In-Situ-Kalibrierung von Kraftaufnehmern mittels Impulshämmern

Für viele Anwendungen ist die genaue Messung dynamischer Kräfte von großer Bedeutung. In speziellen Messeinrichtungen mit dynamisches Kräften (z.B. sinusförmige Kraft, Stoßkraft) kalibrierte Kraftaufnehmer liefern nur dann verlässliche Messergebnisse in ihrer späteren Anwendung, wenn die dort angekoppelten Massen und Elastizitäten bekannt sind und ihre Einflüsse ggf. mittels Modellierung berücksichtigt werden können.

Ein neues, vielversprechendes Verfahren für die praktische Anwendung wurde vom NIST (US-amerikanisches Metrologieinstitut) vorgeschlagen, bei der der Kraftaufnehmer mit Hilfe eines dynamisch rückgeführten Impulshammers in seiner messtechnischen Anwendung mit definierten Stoßkräften beaufschlagt und so dynamisch kalibriert wird.

Im Rahmen des Metrosommers 2019 soll dieses In-Situ-Kalibrierverfahren näher untersucht und validiert werden. Hierzu sollen verschiedene Kraftaufnehmer (ggf. mit zusätzlicher Masseankopplung) mittels Impulshammer bzw. Kraftstoßkalibriereinrichtung experimentell untersucht werden. Die anschließende Messdatenauswertung zur Bestimmung der Ergebnisse der dynamischen Kalibrierung im Frequenzbereich könnte mit Python, Octave oder Matlab erfolgen.

Behandelte Themengebiete: Dynamische Kalibrierung, Messdatenauswertung, Fouriertransformation, Stoßanregung, Übertragungsfunktion

Betreuer: Opens external link in new windowDr. Michael Kobusch, Dr. Leonard Klaus

Thema #14-2019: Kryogener Siliziumresonator mit kristallinen Spiegeln

In unserer Arbeitsgruppe entwickeln wir Laser mit den weltweit kleinsten Linienbreiten, die in optischen Uhren und für Präzisionsmessungen eingesetzt werden. Hierzu werden sehr gut isolierte optische Resonatoren verwendet und deren Längenstabilität auf die Frequenzstabilität des Laserlichtes übertragen. Neben technischen Störungen wie Vibrationen und Temperaturänderungen wird die fundamentale Längenstabilität des Resonators durch die Brown’sche Molekularbewegung - das sog. thermisches Rauschen - der Resonatorkomponenten limitiert. Wir haben kürzlich einen kryogenen Siliziumresonator mit neuartigen kristallinen Spiegelschichten aufgebaut, der eine deutliche Reduktion des thermischen Rauschens und somit einen Laser mit noch kleinerer Linienbreite ermöglicht.

In ihrem Praktikumsprojekt werden Sie an dem weltweit schmalbandigsten Lasersystems mitarbeiten. Sie werden den Einfluss technischer Störgrößen wie z.B. Fluktuationen der optischen Laserleistung auf die Laserfrequenz untersuchen und weiter minimieren. Durch einen Frequenzvergleich mit zwei anderen ultra-stabilen Lasern soll die Frequenzstabilität des neuen Systems bis hin zum thermischen Rauschuntergrund bestimmt werden.

Behandelte Themengebiete: Laseroptik, ultrastabile Laser, optische Uhren, Quantenoptik

Betreuer: Opens external link in new windowDr. Sebastian Häfner, Dr. Thomas Legero

Thema #15-2019: Automatisierte Experimentkontrolle für optische Uhren

Unsere Gruppe am QUEST (Quantum Engineering and Space-Time Research) Institut arbeitet an einer neuen Generation von optischen Atomuhren, sowie an Experimenten zur Quantensimulation mit lasergekühlten Ionen. Dabei ist die genaue Kontrolle des Quantenzustands der Atome entscheidend. Für die komplexen Abläufe der Experimente ist es notwendig, eine exzellente Kontrolle über die Ionen für lange Messzeiten zu haben. Daher soll das Fangen, Speichern, Laserkühlen und die Manipulation der Atome automatisiert werden. Derzeit verwenden wir einen auf C++ basierten Code, der nun auf ein modernes System umgestellt und erweitert werden soll.

Als neue Plattform verwenden wir die in Python geschriebene ARTIQ Software und die zugehörige Sinara Hardware. Diese zukunftsfähige Plattform wurde für Quanteninformationsexperimente entwickelt und wird von einer wachsenden Anzahl von Forschergruppen verwendet. Sie bietet u.a. die Option Experimente zeitlich zu planen, und während eines Messvorgangs auf diverse Ereignisse (z.B. verlorene Ionen, instabile Laser) in Echtzeit zu reagieren. Weiterhin ist ein nahtloser Übergang zwischen sehr kurzen und sehr langen Prozessen möglich, welches komplexere Messprozesse zulässt.

Ihr werdet im Laufe des Praktikums Routinen zur Automatisierung des Experiments erstellen, sowie weitere Hardware-Geräte in die bestehende Architektur einbinden die für diese Automatisierung von Vorteil ist. Vorkenntnisse in der Programmiersprache Python sind notwendig und Erfahrung in objektorientiertem Programmieren ist von Vorteil.

Behandelte Themengebiete: Atomuhren, Spektroskopie an gefangenen Ionen, Algorithmus-Design & Implementierung, Hardware-Kommunikation, Elektronik

Betreuer: Opens external link in new windowPD Dr. Tanja Mehlstäubler, Jan Kiethe

Thema #16-2019: Yb+ optische Uhr

Eine der weltweit genauesten Uhren wird durch Stabilisierung eines Lasers auf die Frequenz des 2S1/2-2F7/2 Übergangs eines einzelnen in einer Ionenfalle gespeicherten 171Yb+ Atoms an der PTB realisiert. Damit die Restbewegung des Yb+ Ions nicht deutlich über den quantenmechanischen Grundzustand anwächst, soll zusätzlich ein 88Sr+ Ion als Kühlpartner gespeichert werden. Die gekoppelte Bewegung beider Ionen erlaubt es das Yb+ Ion dauerhaft zu kühlen ohne dass die Kühllaserstrahlung die Referenzfrequenz stört. Die Uhr ist dann nicht nur ein hochgenaues Frequenznormal, sondern kann auch für die Suche nach „neuer Physik“ genutzt werden. Im Rahmen des Praktikums sollen die Arbeiten im Labor unterstützt werden und unter Anleitung einzelne Arbeitspakete eigenständig durchgeführt werden. Dadurch ermöglicht dieses Projekt einen Einstieg in die Welt der experimentellen Quantenoptik und Atomphysik, bei dem die persönlichen Interessen, Fähigkeiten und Vorkenntnisse der/des Studierenden berücksichtigt werden sollen.

Behandelte Themengebiete: Optische Uhren, Laser, Quantenoptik, Atomphysik

Betreuer: Opens external link in new windowDr. Nils Huntemann, Richard Lange

Thema #17-2019: Maßgeschneiderte Elektronik für optische Uhren

Einen gewichtigen Anteil zum Erfolg der aktuellen Experimente mit optischen Uhren tragen maßgeschneiderte Elektronikkomponenten bei. Diese werden nicht nur für einzelne Anwendungen optimiert, sondern übernehmen automatisiert Routineaufgaben, um einen autonomen Betrieb der Uhr zu ermöglichen. Damit werden optische Uhren auch für den Betrieb durch Anwender außerhalb der typischen Laborumgebung interessant. Ein Prototyp einer solchen Uhr wird derzeit an der PTB im Rahmen eines Projekts (www.opticlock.de) entwickelt. Im Rahmen des Praktikums sollen Elektronikkomponenten für den computergestützten, autonomen Betrieb weiterentwickelt werden. Hierfür sind Basiskenntnisse der Elektronik, Programmierung, sowie der Regelungstechnik notwendig. Die Aufgabe und Arbeitspakete werden mit der Praktikantin oder dem Praktikanten abgestimmt, sodass persönliche Interessen, Fähigkeiten und besondere Vorkenntnisse berücksichtigt werden können.

Behandelte Themengebiete: Elektrotechnik, Informatik, Regelungstechnik, FPGA, Mikrocontroller

Betreuer: Opens external link in new windowDr. Nils Huntemann, Dr. Ekkehard Peik

Thema #18-2019: Charakterisierung eines Festkörper-Szintillationsdetektors

Die Inhalation des radioaktiven Edelgases Radon und seiner Folgeprodukte stellt – nach dem Rauchen – das größte Risiko dar, an Lungenkrebs zu erkranken. Die EU hat dieses Risiko in den Basic Safety Standards adressiert. In Deutschland erfolgt die Umsetzung des Schutzes vor Radon durch das Strahlenschutzgesetz und die nachgeordnete Verordnung. So wird daraufhin gewirkt, dass die Radon-222 Aktivitätskonzentration in Wohnhäusern im Mittel 300 Bq/m³ nicht überschreitet.
Im Rahmen des EMPIR Projekts (European Metrology Programme for Innovation and Research) „MetroRADON“ werden an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt neuartige Quellen zur Erzeugung konstanter Radonatmosphären für den Bereich < 300 Bq/m³ entwickelt. Dafür wird Radium-226 in einer solchen physikalisch-chemischen Beschaffenheit verwendet, dass Radon-222 in einer bekannten und konstanten Rate emaniert. Um die Stabilität der neu entwickelten Emanationsquellen zu gewährleisten, wird zusätzlich ein online Messsystem implementiert, dass es erlaubt die Emanation von Radon aus der Quelle kontinuierlich zu überwachen. Dies geschieht auf der Basis gamma-spektrometrischer Messungen mit Hilfe von Festkörper-Szintillatoren (LaBr3:Ce, CeBr3, SrI2). Für die Optimierung dieser Messungen soll im Rahmen des MetroSommers das Ansprechvermögen eines Festkörper-Szintillators durch eine Kombination aus Monte-Carlo-Simulation (GEANT 4, C++) und Messungen charakterisiert werden.

Behandelte Themengebiete: Gamma-Spektrometrie, Monte-Carlo-Simulation, Detektorcharakterisierung

Betreuer: Opens external link in new windowStefan Röttger, Opens external link in new windowFlorian Mertes

Rückblick auf den MetroSommer 2018

Von der Grundlagenforschung bis zur Technischen Zusammenarbeit –  vom 30. Juli bis zum 28. September 2018 konnten Studierende in aktuellen Forschungsprojekten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) mitarbeiten. Das Motto lautete: „Dein genauester Sommer!“ Denn in der PTB geht es immer um metrologische Genauigkeit, um die Kunst des Messens. Wer sich dafür begeistert, konnte zwei Monate lang intensiv und gemeinsam mit hochqualifizierten Kolleginnen und Kollegen an interessanten Fragestellungen zu relevanten wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Aufgaben arbeiten. Die erstklassige technische Ausstattung der PTB und ihr breites Aufgabenspektrum boten eine einmalige Basis für eigene Forschungserfolge.


Das Angebot reichte von der Entwicklung von Messgeräten für ionisierende Strahlung, über die Forschung an ultrastabile Laser und optischen Uhren, bis zur Bestimmung der SI-Einheit Meter. Die lokale Umgebung von Braunschweig und der PTB wurde auf gemeinsamen Paddel-Touren auf der Oker, gemütlichem Grillen und einer Stadtführung erkundet.

Und hier finden Sie eine Übersicht der Praktikumsprojekte des MetroSommers 2018.

Rückblick auf den MetroSommer 2017

Atome fangen, magnetische Nanostrukturen charakterisieren, Hochfrequenzsignale erzeugen und messen, Präzisionsmessungen mit ultrastabilen Lasern und vieles mehr: Das stand für 13 Praktikanten vom 1. August bis zum 29. September 2017 beim MetroSommer in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) auf dem Programm. Die Studierenden konnten ihr Wissen in eigenen Projekten unter Beweis stellen – von der Grundlagenforschung bis zur technischen Zusammenarbeit. Angeleitet wurden sie von erfahrenen Wissenschaftlern aus den verschiedenen Fachbereichen der PTB. Dabei war das Praktikum für beide Seiten ein Erfolg: für die PTB beispielsweise in Form von wichtigen Messdaten für laufende Projekte und für die Studierenden als praxisnahe Forschungserfahrung.

Hier können Sie Opens internal link in new windowErfahrungsberichte von Praktikanten und Praktikantinnen des MetroSommers 2017 lesen.

Und hier finden Sie eine Übersicht der Opens internal link in new windowPraktikumsprojekte des MetroSommers 2017.

Rückblick auf den MetroSommer 2016

Atome fangen, magnetische Nanostrukturen charakterisieren, Hochfrequenzsignale erzeugen und messen, Präzisionsmessungen mit ultrastabilen Lasern und vieles mehr: Das stand für 14 Praktikanten vom 1. August bis zum 30. September 2016 beim MetroSommer in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) auf dem Programm. Die Studierenden konnten ihr Wissen in eigenen Projekten unter Beweis stellen – von der Grundlagenforschung bis zur technischen Zusammenarbeit. Angeleitet wurden sie von erfahrenen Wissenschaftlern aus den verschiedenen Fachbereichen der PTB. Dabei war das Praktikum für beide Seiten ein Erfolg: für die PTB beispielsweise in Form von wichtigen Messdaten für laufende Projekte und für die Studierenden als praxisnahe Forschungserfahrung. Für einen der Praktikanten zahlt sich der MetroSommer 2016 besonders aus: Er wird künftig die Arbeitsgruppe 5.23 AFM Strukturbreiten-Metrologie unterstützen.

Hier können Sie Opens internal link in new windowErfahrungsberichte von Praktikanten und Praktikantinnen des MetroSommers 2016 lesen.

Und hier finden Sie eine Übersicht der Opens internal link in new windowPraktikumsprojekte des MetroSommers 2016.