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Für die Suche nach dunkler Materie wurden drei Atomuhren verglichen: Zwei davon nutzen unterschiedliche Übergänge in demselben Yb<sup>+</sup>-Ion, das in einer Einzelionenfalle gespeichert wird (links). Die dritte Atomuhr verwendet ca. 1000 neutrale Strontiumatome in einem optischen Gitter (rechts).

Kann dunkle Materie mit Photonen wechselwirken und die Atomstruktur beeinflussen? Ein Vergleich zweier verschiedener Typen optischer Atomuhren der PTB verbesserte bisherige experimentelle Nachweisgrenzen für eine mögliche Kopplung um mehr als eine Größenordnung und über einen weiten Bereich möglicher Massen der dunklen Materie-Teilchen. Deren Beschaffenheit und mögliche Wechselwirkungen konnten damit weiter eingegrenzt werden, auch wenn noch kein entsprechender Nachweis gelungen ist.

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Schematische Darstellung des Messraums mit einigen Sensoren. Mithilfe des neuen Verfahrens können Temperaturen und deren Unsicherheiten an beliebigen Stellen auf Basis lokaler Sensordaten geschätzt werden.

Möchte man die Temperatur an beliebigen Punkten in einem Raum bestimmen, so ist dies mittels Sensornetzwerken und geeigneten Interpolationsverfahren prinzipiell möglich. In der PTB wurde untersucht, wie vertrauenswürdig solche interpolierten Daten sind.

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Bei Krankheiten wie Parkinson helfen sogenannte Hirnschrittmacher sehr gut. Doch ein solches Implantat kann bei einem MRT-Scan zu gefährlichen Erwärmungen führen. (Röntgenaufnahme; Quelle: Wikimedia Commons)

Die Magnetresonanztomografie (MRT) ist weltweit das zweithäufigste medizinische Bildgebungsverfahren mit über 100 Millionen Untersuchungen pro Jahr. Allerdings müssen Patienten, die Implantate tragen, oft auf diese lebensrettende Diagnosemöglichkeit verzichten oder eine geringere Bildqualität hinnehmen. Vor allem bei aktiven Implantaten wie Herzschrittmachern und Neurostimulatoren kann eine MRTUntersuchung zu einer gefährlichen Erwärmung im Körper führen, wenn sie nicht vorsichtig angewendet wird. In der PTB wurde gezeigt, dass dieses Problem durch drahtlose Kommunikation zwischen Implantat und Magnetresonanztomograf gelöst werden kann.

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„Think Metrology“ heißt es vom 26. bis 29. August 2024 auf dem Weltkongress der Internationalen Messtechnischen Konföderation (IMEKO). Er wird ein Gipfeltreffen der weltweit führenden Metrologen. Mehr als 700 Forschende und Anwender werden über Innovationen und aktuelle Themen aus dem großen Feld der Messtechnik berichten. Ab Oktober 2023 können Sie sich registrieren lassen und Ihr Paper einreichen. Website: Opens external link in new windowhttps://www.imeko2024.org/index (Kontakt: Opens local program for sending emailimeko2024(at)ptb.de)

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Im kürzlich gestarteten Projekt „TruePA“ (Truly Resilient Quantum Limited Traveling Wave Parametric Amplifiers) entwickeln Forschende der PTB zusammen mit sieben europäischen Partnerinstitutionen die nächste Generation parametrischer Verstärker, kurz TWPAs. Wegen ihres extrem niedrigen Rauschens sind sie von Bedeutung für die Detektion schwacher elektromagnetischer Signale bei Mikrowellenfrequenzen von einigen Gigahertz. Die EU fördert das Projekt mit drei Millionen Euro über eine Laufzeit von drei Jahren. Website des Projekts: www.truepa.eu. (Ansprechpartner: Lukas Grünhaupt, Telefon: 0531 592-2420, Opens local program for sending emaillukas.gruenhaupt(at)ptb.de)

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Alle, die in einer wissenschaftlichen Arbeit Präzisionsmessungen durchgeführt haben, sollten aufhorchen: Sie können sich für den Helmholtz-Preis bewerben. Er ist die höchste europäische Auszeichnung in der Metrologie, der Wissenschaft vom exakten Messen. Verliehen wird er in zwei Kategorien: „Präzisionsmessung in der Grundlagenforschung“ und „Präzisionsmessung in der angewandten Messtechnik“. In jeder Kategorie winkt ein Preisgeld von 20 000 Euro. Mit dem Preis ehren der Helmholtz-Fonds e. V. und der Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft alle zwei Jahre Forschende für hervorragende wissenschaftliche und technologische Errungenschaften auf dem Gebiet der Präzisionsmessungen in Physik, Chemie und Medizin. Bewerbungsschluss für die aktuelle Ausschreibung ist der 31. Januar 2024. Weitere Informationen über den Preis und das Bewerbungsverfahren finden sich auf der Webseite des Opens external link in new windowHelmholtz-Fonds.

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Die Quantenkommunikation verspricht eine abhörsichere Übertragung von Informationen. Die quantenbasierte Schlüsselverteilung ist dabei weit erforscht und inzwischen reif für die Anwendung. Im Innovationshub für Quantenkommunikation fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 36 Einrichtungen, um Forschungsinstitute und Unternehmen zu vernetzen. Das begleitende Schirmprojekt (SQuaD) wird von der PTB in engem Schulterschluss mit dem Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) koordiniert. Es bringt Akteure aus Forschung und Industrie zusammen und erweitert Testumgebungen für die Quantenkommunikationstechnologie. (Ansprechpartner: Nicolas Spethmann, 0531 592-2009, Opens local program for sending emailnicolas.spethmann(at)ptb.de)

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In einem internationalen Forschungsprojekt namens AQuRA („Advanced Quantum Clock for Real-World Application“) soll in 3,5 Jahren eine optische Atomuhr basierend auf neutralen Atomen entstehen, die sehr genau und robust zugleich ist. Sie kann dann ohne aufwendige Laboraufbauten und ohne den Einsatz von Atomuhrspezialisten im Praxisalltag genutzt werden, etwa wenn Geodäten die Erhöhung des Meeresspiegels aufgrund der Klimaerwärmung messen wollen. Die EU fördert das Projekt mit 7,5 Mio Euro. Neben der PTB sind an dem Projekt acht weitere Partner aus Metrologieinstituten, Universitäten und der Industrie aus sechs Ländern beteiligt. Die Koordination liegt bei der Universität Amsterdam.

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QI-Digital

In einer zunehmend digitalisierten Welt muss auch die Qualitätssicherung neu gedacht werden, als Grundvoraussetzung für die digitale und grüne Transformation der Wirtschaft. In der vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) ins Leben gerufenen Initiative QI-Digital suchen die zentralen Akteure der deutschen Qualitätsinfrastruktur (QI) gemeinsam mit interessierten Stakeholdern aus Wirtschaft und Forschung neue Lösungen für eine moderne Qualitätssicherung. Beim QI-Digital Forum im Oktober wurden die Herausforderungen und Möglichkeiten für die Qualitätssicherung diskutiert und Lösungsansätze sowie die Pilotprojekte aus der Initiative QIDigital vorgestellt. Zuvor war ein Beirat gewählt worden, dem Expertinnen und Experten aus Unternehmen und Verbänden, Vertreterinnen und Vertreter aus Forschungseinrichtungen und Behörden sowie Akteure der QI angehören.

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Optische Atomuhren sind die genauesten je gebauten Messgeräte und inzwischen zu einer Schlüsseltechnik in der Grundlagen- und der angewandten Forschung geworden, etwa zum Test der Konstanz von Naturkonstanten oder für Höhenmessungen in der Geodäsie. Am QUEST-Institut in der PTB wurde in einer Kooperation und im Rahmen des Exzellenzclusters QuantumFrontiers zum ersten Mal eine optische Atomuhr realisiert, die auf hochgeladenen Ionen basiert.

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