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MetroSommer 2020 - Dein genauester Sommer!

MetroSommer

Metrosommer 2020Metrosommer 2020

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 30. September 2020
 
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 2020.

MINT-Studierende gesucht!

Für das bezahlte Forschungspraktikum in der PTB, den MetroSommer 2020, kann sich jede(r) bewerben, die/der an einer 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 2020 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
  • eine aktuelle Mitgliedsbescheinigung der Krankenkasse (Kopie der Mitgliedskarte reicht nicht)
  • bei Bedarf eine Kopie der Aufenthaltsgenehmigung

Der Bewerbungszeitraum läuft vom 1. März bis zum 30. April 2020. Über das Ergebnis der Bewerbung werden die Bewerberinnen und Bewerber bis zum 21. Mai 2020 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 2020

Thema #01-2020: Untersuchung von Intermodulationsnormalen für die 5G-Technologie

Quelle: Jens Büttner/dpa, Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH & Co. KG

Im Laufe der Entwicklungen der Mobilfunknormen von GSM bis zu 5G wird das Phänomen der Passiven Intermodulation (PIM) zunehmend eine Herausforderung. Komplexe Modulationsverfahren für hohe Datenraten erfordern eine saubere Signalübertragung. Durch Störsignale, wie die der Passiven Intermodulation, kommt es zu verringerter Netzabdeckung, zu Verbindungsabbrüchen und zu einer verkürzten Akkulaufzeit von mobilen Endgeräten durch hohe Sendeleistungen zur Kompensation schlechter Verbindungsqualität. Zur Vermessung der Passiven Intermodulation werden u. a. PIM-Analyzer verwendet, die mit Hilfe von Intermodulationsnormalen auf ihre Funktionstüchtigkeit geprüft werden. 

Im Rahmen des Praktikums sollen PIM-Normale vermessen und auf Temperatureinflüsse getestet werden.  Dabei können u. a. Erfahrungen in der Vektornetzwerk- und Spektrumanalyse gewonnen werden.

Behandelte ThemengebieteHochfrequenzmesstechnik, Programmierung und Messdatenauswertung in Matlab, 5G-Technologie

Betreuer: Opens internal link in new windowFriederike Stein, Karsten Kuhlmann 

Thema #02-2020: Vom Bild 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. In der Metrologie sind die gemessenen Größen häufig nicht direkt die gesuchten Größen, stehen aber mit diesen in einem engen Zusammenhang. Oft wird die Ableitung der gesuchten Messgröße bestimmt. Eine 2D-Integration mittels numerischer Verfahren führt dann zur gesuchten Messgröße.

Anhand einfacher Gradienten- und  Schlierenbilder sollen Verfahren zur 2D-Integration programmiert und erprobt werden. Als Programmiersprache kommt IDL (Interactive Data Language) zum Einsatz. Für die Bildverarbeitung sollen neben vorimplementierte mathematische Verfahren auch neue Ideen erprobt werden. Ziel ist es, das Bild der Brechungsindexgradienten, das Schlierenbild, in ein Dichte- bzw. Temperaturfeld zu überführen

Behandelte Themengebiete:  Explosionsschutz, Verbrennung, Schlierenoptik, Bildrekonstruktion, numerische Mathematik und Programmierung

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

Thema #03-2020: Anwendung von Deep Learning in der γ-Spektrometrie

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.

Für die optimierte Auswertung dieser Messungen und zum Aufspüren von Verunreinigungen in den Quellen sollen im Rahmen von MetroSommer neuartige Softwareverfahren entwickelt bzw. erprobt werden. Zum Einsatz kommen dabei Künstliche Intelligenz in Form von Neuronalen Netzen und Deep Learning, sowie Markov Chain Monte-Carlo Rechnungen unter Zuhilfenahme von Bayes Statistik. Das Ansprechvermögen der Festkörper-Szintillators wird dabei durch eine Kombination aus Monte-Carlo-Simulation (GEANT 4, C++) und Messungen charakterisiert.

Behandelte Themengebiete: Natürliche Radioaktivität, Gamma-Spektrometrie, Simulation, Künstliche Intelligenz (Convolutional Neural Network, Deep Learning), Bayes Statistik

Betreuer: Opens internal link in new windowStefan Röttger, Florian Mertes, Anja Honig

Thema #04-2020: 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 Laserlichts 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. Im Frequenzvergleich mit optischen Uhren kann ein derart stabiler Resonator u. a. zur Suche nach dunkler Materie genutzt werden.

In diesem Praktikumsprojekt werden Sie an dem weltweit schmalbandigsten Lasersystem mitarbeiten. Sie werden den Einfluss technischer Störgrößen wie seismische Vibrationen untersuchen und weiter minimieren. Durch einen Frequenzvergleich mit zwei anderen ultra-stabilen Lasern werden wir die Frequenzstabilität des neuen Systems bis hin zum thermischen Rauschuntergrund bestimmen. Entsprechend eurer Interessen kann der Fokus des Projektes von experimenteller Mitarbeit im Labor bis zur Datenanalyse bei der Suche nach dunkler Materie abgestimmt werden.

Behandelte Themengebiete: Optik & Elektronik, ultrastabile Laser, optische Uhren, dunkle Materie, Quantenoptik

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

Thema #05-2020: Quantentechnologie für Experimente mit gefangenen Ionen

Unsere Gruppe am QUEST (Quantum Engineering and Space-Time Research) Institut entwickelt neue Methoden der Quantentechnologie, insbesondere für die Frequenzmetrologie mit einzelnen Ionen. Wir verwenden dafür Techniken, die im Rahmen der Quanteninformationsverarbeitung entwickelt wurden und auf nicht-klassischen Eigenschaften, wie der quantenmechanischen Verschränkung, beruhen. Dies ermöglicht die Untersuchung von 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 optischen Atomuhr.

Das MetroSommer Projekt befasst sich mit dem Aufbau eines hochstabilen Lasersystem mithilfe eines optischen Resonators. Der Laser soll später für die Manipulation von optischen Qubits in einzelnen Kalzium-Ionen verwendet werden. Die Aufgaben bieten die Möglichkeit ein breites Spektrum an Fähigkeiten zu erwerben, unter anderem Kenntnisse in den Bereichen Vakuum-Technologie, Physik optischer Resonatoren, Aufbau optischer Systeme, sowie Charakterisierung elektronischer Schaltungen.

Behandelte Themengebiete: Optische Resonatoren, Optische Atomuhren, Spektroskopie, Regeltechnik (Feedback),

BetreuerOpens internal link in new windowLudwig Krinner, Fabian Wolf

Thema #06-2020: Hochortsaufgelöste Magnetfeldmessungen

Der Bereich Nanomagnetismus beschäftigt sich mit der Entwicklung hochortsaufgelöster quantitative Messverfahren für magnetische Felder für die Charakterisierung magnetischer Strukturen bis hinunter in den Nanometerbereich. Zurzeit wird ein auf magnetischer Rasterkraftmikroskopie basierendes Verfahren eingesetzt und weiterentwickelt. Parallel wird ein Messplatz aufgebaut, an dem Magnetfelder mit einem Defekt in Diamant, dem NV-Zentrum charakterisiert werden sollen. Dazu wird die feldabhängige magnetische Resonanz des Spins des NV-Zentrums über ein optisches Detektionsverfahren (ODMR) detektiert.

In diesem Projekt werden beide Messplätze vorgestellt und eingesetzt und Grundlagen zur hochauflösenden Magnetfeldmesstechnik vermittelt. Dabei können verschiedenen Fragestellungen bearbeitet werden: (i) Implementierung numerische Verfahren zur Analyse von Rasterkraftmikoskopie-Daten, (ii) ODMR mit Nanodiamanten zur Charakterisierung magnetischer Feldverteilungen und/oder (iii) Mitarbeit beim Aufbau eines auf ODMR basierenden scannenden Systems.

Behandelte Themengebiete: Rastersondenmikroskopie, ortsaufgelöste magnetische Feldmessungen, NV-Zentren, ODMR 

Betreuer:Opens internal link in new window Dr. Sibylle Sievers

Thema #07-2020: Interferometrie zur Weitergabe der SI-Einheit Meter

Stetig steigende Anforderungen an Fertigungstoleranzen in der Industrie bedingen neue Herausforderungen an die Präzision der dimensionellen Messtechnik. Die PTB wird diesem Anspruch durch den Aufbau weltweit einzigartiger Interferometer gerecht. Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Druck sowie der Brechungsindex von Luft sind dabei von entscheidender Bedeutung, um kleinste Messunsicherheiten zu erreichen.

Dieses Praktikum soll einen Einblick in das Feld der interferometrischen Längenmessung geben. Der inhaltliche Fokus wird abhängig von persönlichem Interesse und Vorkenntnissen gesetzt. Die Möglichkeiten umfassen den Aufbau eines Echtzeitrefraktometers zur Brechungsindexmessung eines Gasmediums sowie die Charakterisierung eines Messplatzes zur Bestimmung des optischen Phasensprungs an Oberflächen. Dabei sind je nach Aufgabenfokus sowohl experimentelle Fingerfertigkeit als auch Programmierkenntnisse von Vorteil. 

Behandelte Themengebiete: SI-Einheit Meter, abbildende Interferometrie, Refraktometrie, Optik und Elektronik

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

Thema #08-2020: Charakterisierung von transportablen optischen Frequenzkämmen

Moden-gekoppelte Laser emittieren ein breitbandiges Spektrum bestehend aus äquidistant verteilten Linien. Ein solches Spektrum wird optischer Frequenzkamm genannt und ist ein zentraler Baustein der heutigen Zeit- und Frequenzmetrologie. Die PTB hat kürzlich in Kooperation mit dem NIST zwei hinsichtlich Portabilität und Robustheit optimierte faserbasierte Frequenzkämme aufgebaut. In diesem Projekt soll die mit diesen Frequenzkämmen erreichbare Genauigkeit charakterisiert werden. Darüber hinaus möchten wir untersuchen, inwieweit sie sich für Messungen im Feld, also außerhalb unseres Labors, eignen.  Beispielsweise sind wir an einem Einsatz der Frequenzkämme als „Signalumsetzer“ entlang unseres internationalen Glasfaserlinks interessiert.

Behandelte Themengebiete: Frequenzkamm, Modenkopplung, Laser-Stabilisierung, interferometrische Glasfaserlinks, Vergleich optischer Uhren

Betreuer: Opens internal link in new windowDr. Sebastian Koke, Dr. Gesine Grosche

Thema #09-2020: Europäisches Netzwerk für optische Frequenzverteilung

Die PTB betreibt mit europäischen Partnern ein Netzwerk von interferometrischen Glasfaserlinks (IFL), das die Institute PTB, OBSPARIS und NPL in Braunschweig, Paris und London verbindet. Nur mittels solcher IFLs lassen sich derzeit an verschiedenen Orten stehende optische Uhren ohne Genauigkeitsverluste durch die Übertragung miteinander vergleichen. In diesem Projekt können Sie sich in die Weiterentwicklung der IFLs einbringen. Je nach Interessen kann der Schwerpunkt dabei auf dem Aufbau und der Charakterisierung von Faser-Brillouin-Verstärkern bei neuen Wellenlängen (außerhalb des von der Telekommunikation dicht genutzten C-Bandes), dem Austesten neuartiger Stabilisierungsmethoden oder der Verbesserung der „Cycle-Slip“ Detektion und Kompensation gelegt werden. Sie unterstützen damit sowohl die Ausnutzung von interferometrischen Glasfaserlinks für rein metrologisch motivierte Vergleiche optischer Uhren als auch in Anwendungen - wie der relativistischen Geodäsie.

Behandelte Themengebiete: Interferometrie, Glasfaserlinks, Faser-Brillouin-Verstärker, Laser-Stabilisierung, Vergleich optischer Uhren, relativistische Geodäsie

Betreuer: Opens internal link in new windowDr. Sebastian Koke, Dr. Gesine Grosche

Thema #10-2020: Untersuchungen an einem neuartigen HF- und Ultraschall-Exposimeter

Quelle: Hochschule Aalen

Immer mehr Beschäftigte werden an industriellen Arbeitsplätzen durch ihre Tätigkeiten (Schweißen, Reinigen, Bohren) Lärm mit hohen Hochfrequenz(HF)- und Ultraschallanteilen ausgesetzt. Dauerhafte HF-Schallbelastung kann zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen. Um die Einhaltung von Grenzwerten zu gewährleisten, muss im Rahmen des Arbeitsschutzes die Schallexposition eines Arbeiters gemessen werden. Derzeit verwendete Schallexposimeter sind nicht in der Lage, hochfrequenten Lärm in einer industriellen Umgebung zu erfassen. Vor diesem Hintergrund wird an der PTB mithilfe neuester Mikroelektronik ein HF-Schallexposimeter entwickelt. Als Teil der Entwicklung ist es notwendig das optimale Mikrofon für bestimmte Anwendungen zu finden.

Im Rahmen des Praktikums soll an drei verschiedenen Mikrofonarten (klassisches Kondensatormikrofon, IEPE-gespeistes Mikrofon, MEMS-Mikrofon) untersucht werden, ob sie für den Einsatz im Prototyp geeignet sind. Dazu wird im Labor eine simulierte Arbeitsplatzumgebung mit einem akustischen Kunstkopf aufgebaut und darin die Mikrofone unter verschiedenen Einsatzbedingungen charakterisiert.

Behandelte Themengebiete: Ultraschall, Schallexposimetrie, Arbeitsschutz, Lärm

Betreuer: Opens internal link in new windowDr. Christoph Kling, Michal Cieslak

Thema #11-2020: Modalanalyse zur Qualitätsanalyse von Schallfeldern

Zum Prüfen von Schallmessgeräten oder Kalibrieren von Messmikrofonen werden präzise Schallfelder verlangt, die im Idealfall eine ebene Welle darstellen. In der Praxis ist die Schallabstrahlung von realen Lautsprechern allerdings eher kugelförmig mit einem eher flächigen, meist nicht ebenen Strahlungszentrum. Zudem überlagern Störschall von Sekundärquellen und Reflexionen an umliegenden Flächen den Direktschall, so dass reale Schallfelder nur mehr oder weniger grober Näherungen an eine ebene Welle darstellen. Die Abweichung des realen Schallfeldes vom Ideal führt teilweise zu unterschiedlichen Prüfergebnissen, zumindest zu Messunsicherheiten, die im Gesamtbudget berücksichtigt werden müssen. Die Kenntnis der Qualität des Schallfeldes ist daher von entscheidender Bedeutung.

Im Rahmen des Praktikums sollen Schallfelder verschiedener Quellen 3-dimensional vermessen und mit Hilfe einer Modalanalyse analysiert und visualisiert werden. Es können verschiedene akustische Scanningsysteme oder ein Aufbau im großen ‚schalltoten‘ Raum der PTB genutzt werden, um Lautsprecher im Hörschall- und Ultraschallbereich zu vermessen.

Behandelte Themengebiete: Hörschall, Ultraschall, Modalanalyse

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

Thema #12-2020: Neuer Messaufbau für quantenelektronische Schaltungen

In unserer Gruppe entwickeln wir quantenelektronische Schaltungen. Diese basieren auf Supraleitung und dem Josephson-Effekt und werden bei sehr niedrigen Temperaturen im Millikelvinbereich betrieben. Wir arbeiten ständig an neuen Messaufbauten, um weitere Experimente durchführen zu können. Du bekommst die Möglichkeit, in unserem Team an der Entwicklung solch eines neuen Messaufbaus unter Anleitung mitzuwirken. Mögliche Projekte sind

  • elektronische Tieftemperaturregelung,
  • Kalibrieraufbau für kryogene Hochfrequenzmessungen,
  • Entwicklung einer Magnetspule für homogene Magnetfelder für unseren Probenhalter.

Behandelte Themengebiete: Elektrotechnik, Tieftemperatur- und Supraleiterphysik, Schaltungsentwicklung, Regelungstechnik, Hochfrequenztechnik, Elektromagnetische Feldsimulation

Betreuer: Opens internal link in new windowChristoph Kißling, Dr. Ralf Dolata

Thema #13-2020: Automatisierung und Parallelisierung eines Simulators für supraleitende Schaltungen

Um die Entwicklung von Quantencomputern und Qubits weiter voranzutreiben, werden extrem rauscharme Verstärker benötigt. Die Messempfindlichkeit ist dabei durch das Rauschen der Verstärker begrenzt, mit denen die Qubits ausgelesen werden. Wir arbeiten an der Entwicklung eines supraleitenden Verstärkers, dessen Rauschen nahe am quantenmechanischen Limit ist. Für die Optimierung des Verstärkers wird ein Schaltungssimulator verwendet. Du kannst die Entwicklung beschleunigen, indem du den bereits vorhandenen Simulator automatisierst und parallelisierst. Ein solches Update kannst du unter Anleitung wahlweise mit Python, Matlab oder Mathematica realisieren.

In diesem Praktikum arbeitest du direkt an der Quantentechnologieforschung mit!

Behandelte Themengebiete: Programmierung (Matlab, Python oder Mathematica), Supraleiterphysik, Elektrotechnik, Schaltungsentwicklung und -simulation

Betreuer: Opens internal link in new windowVictor Gaydamanchenko, Dr. Ralf Dolata

Thema #14-2020: Aufbau einer transportablen Strontium-Atomuhr

In der Arbeitsgruppe 4.32 an der PTB betreiben wir zwei präzise Strontium-Atomuhren. Das Herzstück dieser beiden Uhren stellt jeweils ein Laser dar, dessen Frequenz auf einen elektronischen Übergang der Strontium-Atome stabilisiert wird. Die dadurch erreichte relative Frequenzungenauigkeit des Uhrenlasers beträgt wenige 10-17. Eine der beiden Uhren ist in einem Pkw-Anhänger untergebracht und fuhr auf verschiedenen Messkampagnen durch Europa. Da sich der Verlauf der Zeit aufgrund der Relativitätstheorie im Gravitationspotential der Erde geringfügig verlangsamt, konnten wir durch genaue Uhrenvergleiche die jeweilige Höhe der transportablen Uhr bestimmen. 

Um unseren Aufbau noch weiter zu verbessern, entwickeln wir derzeit ein neues "Physics Package". In diesem Praktikumsprojekt suchen wir deine Unterstützung beim Aufbau und der Charakterisierung unserer neuen Atomquelle, in der Strontium-Atome auf wenige millionstel Kelvin mit Licht der Wellenlängen 461 nm und 689 nm lasergekühlt werden. Außerdem möchten wir dir gerne einen Einblick in unsere übrige Forschung und tägliche Arbeit geben. 

Behandelte Themengebiete: Atomuhren, Laserkühlung, Lasertechnologie, Quantenphysik

Betreuer: Opens internal link in new windowIngo Noßke, Priv.-Doz. Dr. Christian Lisdat

Thema #15-2020: Datenaufnahme für Metallische Magnetische Kalorimeter

Voller MMC-Detektoraufbau im mK-Kryostaten

Unsere Gruppe im Fachbereich Radioaktivität beschäftigt sich mit der Aktivitätseinheit Becquerel (Bq) und deren Weitergabe an Kunden in Industrie, Forschung und andere Messstellen. Dies erfolgt durch die Weitergabe von kalibrierten Proben, sog. Aktivitätsnormalen oder die Kalibration von eingereichten radioaktiven Quellen.

Neben diesen Aufgaben entwickelt und verbessert die Arbeitsgruppe ständig Messaufbauten und -methoden. Zu diesem Zweck wird seit 2016 ein Spektrometer basierend auf Metallisch Magnetischen Kalorimetern (MMC) aufgebaut und betrieben. MMCs sind bei sehr tiefen Temperaturen < 100 mK betriebene Teilchendetektoren, die die Energie durch den Wärmeeintrag eines radioaktiven Zerfalls oder eins gestoppten Teilchens durch ein sehr sensitives Thermometer messen. Auch dieses MMC-System wir ständig weiterentwickelt und einer der nächsten Schritte ist die Datenaufnahme von einem einzelnen Kanal auf bis zu 4 simultan ausgelesene Kanäle zu erweitern.

Im Rahmen des Praktikumsprojektes erhaltet ihr einen Einblick in die experimentelle Arbeit bei sehr tiefen Temperaturen, den Umgang mit ionisierender Strahlung und die für moderne Messsysteme unerlässliche digitale Mess- und Automatisierungstechnik in der grafischen Programmiersprache LabView, sowie die anschließende Datenverarbeitung und -analyse in Python. Die Mess-, Steuer- und Analysesoftware soll dabei nach persönlichen Vorkenntnissen und Interessen erweitert und getestet werden.

Behandelte Themengebiete: Sehr tiefe Temperaturen, Ionisierende Strahlung, analoge und digitale Messtechnik, elektronische Signalverarbeitung, Programmierung

Betreuer: Opens internal link in new windowDr. Philipp Ranitzsch, Dr. Ole Jens Nähle

Thema #16-2020: Dual-species clock: Die neue Yb+/Sr+ Uhr

An der PTB werden einige der weltweit genausten Atomuhren betrieben. In unserem Labor nutzen wir dazu 171Yb+ Ionen, die einzeln in einer Hochfrequenzfalle gefangen werden. Mithilfe eines Lasers wird der sehr schmalbandige Übergang vom 2S1/2 zum 2F7/2 Niveau des Atoms angeregt und damit die Frequenz des Lasers auf die Resonanz des Ions stabilisiert. Um die Genauigkeit der Uhr noch weiter zu verbessern, soll in einem neuen Experiment ein 88Sr+ Ion zusammen mit dem 171Yb+ Ion gespeichert werden. Dies ermöglicht zwei entscheidende Vorteile: Das Yb+ Ion wird während der Spektroskopie dauerhaft gekühlt und störende Umgebungseinflüsse können besser korrigiert werden, da beide Atome unterschiedlich sensitiv auf solche Störungen sind. Die Uhr ist dann nicht nur ein hochgenaues Frequenznormal, sondern kann auch für die Suche nach „neuer Physik“ genutzt werden.

Im Rahmen des Praktikums soll die Entwicklung der neuen optischen Uhr unterstützt werden und unter Anleitung Teilprojekte eigenständig umgesetzt werden. Wer Kreativität für physikalische Experimente besitzt, Spaß an Optik und Laserphysik hat und einen Einblick in die Quanten- und Atomphysik gewinnen möchte, ist ein idealer Kandidat für dieses Projekt!

Behandelte Themengebiete: Optische Uhren, Laser, Quantenoptik, Atomphysik

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

Thema #17-2020: Big Data: Analyse komplexer Daten für optimale Steuerung

Die erfolgreiche Verarbeitung großer Datenmengen erfordert geschickte Strategien für eine optimale Steuerung und das Auffinden bisher unbekannter Korrelationen. In unserem Labor betreiben wir unterschiedliche optische Atomuhren mit maßgeschneiderten Datenerfassungswerkzeugen. Diese gewährleisten eine umfangreiche Überwachung der komplexen Experimente.  Zusätzlich werden umfangreiche Daten weiterer Atomuhren dezentral gesammelt und stehen zur Auswertung bereit. Eine Analyse der kombinierten Daten ermöglicht zum einen die Suche nach sogenannter „neuer Physik“, aber auch eine optimale Steuerung der Uhren.

Im Rahmen des Praktikums sollen aktuelle Trends moderner Datenverarbeitung aufgegriffen und zur Analyse und Steuerung genutzt werden. Schlagworte hierbei sind big data, data-mining, machine learning, bayessian methods, und optimal control. Wer sich unter den Begriffen etwas vorstellen kann, ein bisschen Erfahrung im Programmieren besitzt und Spaß an einer guten Mischung aus Physik, Mathematik und Informatik hat, ist für das Praktikum bestens geeignet.

Behandelte Themengebiete: Informatik, Mathematik, Elektrotechnik, Datenverarbeitung, Datenerfassung, Regelungstechnik

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

Thema #18-2020: Mechanische Gütemessung für optische Hochpräzisionsmetrologie

Unsere Nachwuchsgruppe für Metrologie funktionaler Nanosysteme beschäftigt sich mit der Entwicklung und Charakterisierung von Metamaterialien zur Verbesserung der mechanischen, thermodynamischen und optischen Eigenschaften für die Hochpräzisionsmetrologie. Typische Anwendungsfelder sind Gravitationswellendetektoren und Fabry-Pérot-Interferometer für hochstabile Laser. Mithilfe dieser auf Mikro- und Nanostrukturen basierenden Materialien können außerdem ganz neue Eigenschaften erzeugt werden, wie z. B. der dreidimensionale Seheindruck bei Hologrammen.

In diesem Projekt beschäftigt ihr euch mit optomechanischen Metamaterialien, d. h. mit Materialien einer besonderen optischen Funktion und zusätzlich mechanischer Suszeptibilität. Durch diese optomechanische Kopplung ist es z. B. möglich makroskopische Quantenzustände uu untersuchen oder das Rauschen von optischen Komponenten zu kontrollieren. Die Performance dieser Materialien wird maßgeblich durch die mechanische Güte bestimmt. Viele Dissipationsmechanismen beeinflussen diese Güte, beispielsweise Tunnelprozesse akustischer Wellen (Phononen) oder thermoelastische Prozesse. Im Rahmen dieses Projektes könnt ihr direkt am kryogenen Aufbau zur Gütemessung an diesen Metamaterialien mitarbeiten und eigene Messwerte produzieren. Da den Dissipationsmechanismen komplexe physikalische Vorgänge zugrunde liegen, basiert die Auswertung der Messergebnisse auf multiphysikalischen Computersimulationen. Auch an diesen Modellen könnt ihr mitarbeiten und eigene Erfahrungen in Finite-Elemente Simulationen sammeln. Die Verteilung eurer Zeit auf die einzelnen Schritte vom Design der Metamaterialien über die Messung im Labor bis hin zur Simulation der Mechanismen können wir individuell an euer Interesse anpassen!

Behandelte Themengebiete: Metamaterialien, Optomechanik, Kryogene Gütemessung. Finite-Elemente Simulationen

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

Thema #19-2020: Hochpräzise skalierbare Ionenfalle für die Quantentechnologien

Unsere Gruppe am QUEST (Quantum Engineering and Space-Time Research) Institut beschäftigt sich mit der Entwicklung und Herstellung präziser, skalierbarer Ionenfallen. Diese Fallen ermöglichen die gezielte Manipulation einzelner geladener Atome (Ionen) in einer hoch-kontrollierten und geschützten Umgebung. Durch eine optimale Auswahl von Materialen und Herstellungstechniken sind unsere Fallen besonders für die Präzisionsspektroskopie geeignet. Die Skalierbarkeit der Fallen ermöglicht es, Ionen in mehreren Registern gleichzeitig speichern zu können. Dadurch werden sie zu einer Schlüsselkomponente in den Anwendungen neuer Quantentechnologien, für neue optische Atomuhren, Quanten-Simulatoren und Quanten-Computer.

Im Rahmen des Projekts werdet ihr an der Entwicklung einer der neuesten Generation von Ionenfallen teilnehmen. Unter Anleitung werdet ihr verschiedene Aspekte der Ionenfallenentwicklung entdecken, wie zum Beispiel mikrooptische Schnittstellen, präzise mechanische Ausrichtung mit Toleranz besser als 10 µm, oder magnetische Eigenschaften von Fallenkomponenten. Dazu werdet ihr an der Entwicklung verschiedener Messaufbauten teilnehmen, und erste eigenständige Messungen durchführen können. Als Teil unseres Teams werdet ihr auch im Labor erleben, wie einzelne Ionen in diesen Fallen gefangen und lasergekühlt werden.
Dieses Projekt kann dabei auf eure persönlichen Interessen und Vorkenntnisse abgestimmt werden.

Behandelte Themengebiete: Ionenfallen, Mikrooptiken, Laseroptik, Magnetismus, Mikromechanik, Quantentechnologie

Betreuer: Opens internal link in new windowDr. Alexandre Didier, Priv.-Doz. Dr. Tanja Mehlstäubler

Rückblick auf den MetroSommer 2019

Vom 1. August bis 27. September fand der MetroSommer 2019 unter dem Motto „Dein genauester Sommer!“ statt.
Von A wie Akustik und Atomphysik, über Elektrotechnik, Explosionsschutz, Femtosekundenoptik und Interferometrie, Klimamesstechnik, Laseroptik und Nanotechnologie bis hin zu wie Quantentechnologie – in all diese und noch mehr Bereiche der PTB konnten die Studenten zwei Monate lang Einblick erhalten, indem sie intensiv und gemeinsam mit hochqualifizierten Kolleginnen und Kollegen an interessanten Fragestellungen zu relevanten wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Aufgaben arbeiteten.

Eine Paddeltour, eine Stadtführung, Besichtigungen sowie gemeinsames Grillen gehörten ebenfalls zum Programm, sorgten für Abwechslung und dafür, dass alle Teilnehmer des MetroSommers sich untereinander und die Stadt Braunschweig kennen lernen konnten.

Lesen Sie hier was die Praktikanten über ihre Erfahrungen sagen.

Eine Übersicht über die Praktikumsprojekte des MetroSommers 2019 finden Sie hier.

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.