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While scientists often explore the very smallest of dimensions, colossal objects weighing several tons are soon to play an important role as well: the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) plans to measure large gears of up to four meters in diameter in its future excellence center for wind energy. Its goal in doing so is to develop and make available a form of measurement technology which enables the operation of increasingly large and efficient wind turbines. To conquer this uncharted technological territory, a new building specially conceived for this purpose is being built on the premises of PTB in Braunschweig, using 10 million euros in financing provided by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi). The building will house a large coordinate measuring machine which can be used to measure huge wind turbine components, as well as measurement and calibration facilities for very large torques. In addition, the...

Das "8^th Symposium on Frequency Standards and Metrology" wurde von der PTB Im Oktober 2015 am Templiner See in Potsdam ausgerichtet. Das Symposium bietet im Abstand von etwa sieben Jahren ein internationales Diskussionsforum für Präzisionsfrequenznormale. 180 Wissenschaftler aus aller Welt stellten fundamentale physikalischen Aspekte und ihre neuesten Ideen, Ergebnisse und Anwendungen von Frequenznormalen vor. Besondere Aufmerksamkeit fanden optische Atomuhren mit relativen Unsicherheiten von wenigen 10^-18.

Gemeinsam mit der Europäischen Raumfahrtagentur ESA veranstaltete die PTB im Jahr 2015 das 5. Kolloquium "Scientific and Fundamental Aspects of the Galileo Programme". Knapp über 100 Wissenschaftler diskutierten die Verknüpfung von Satellitennavigation mit vielfältigen wissenschaftlichen Fragestellungen.

Im Rahmen eines DFG-Projektes (LE 992/7-1, EH 400/4-1) wurde in einer Kooperation zwischen dem Fachgebiet Messtechnik der Universität Kassel und der Arbeitsgruppe Form- und Wellenfrontmetrologie der Physikalisch-Technischen Bundesanstaltein interferometrischer Zeilensensor in Kombination mit einem 5-Achsen-Bewegungssystem zur Messung der Form optischer Flächen aufgebaut. Für die Nachführung des Zeilensensors wird der genaue Abstand zwischen Sensor und Prüfling benötigt. Dafür wurde eine Kalibrierstrategie entwickelt. Damit sind jetzt Messungen der kompletten 3D-Form auch für stärker gekrümmte Oberflächen möglich.

Für die akkurate Berechnung des durch Beugung verursachten Längenfehlers in der Laserinterferometrie ist eine genaue Charakterisierung der verwendeten Laserstrahlen erforderlich. Für die Messungen am Avogadroprojekt der PTB wird ein kalibrierter Wellenfrontsensor verwendet. Da dieser nur an Luft arbeitet, die Wellenfronten aber für Experimente im Vakuum bekannt sein müssen, wurde ein Ab-Initio-Modell der verwendeten Komponenten, einer Stufenindexglasfaser mit Faserkollimator, unter Verwendung eines strahlenbasierten Beugungsintegrals aufgestellt. Mit diesem Modell kann der Einfluss der Evakuierung berechnet werden. Durch eine Monte-Carlo-Simulation konnte die Größe des zu erwartenden relativen interferentiellen Längenfehlers und der daraus abgeleiteten Korrektion mit einer relativen Unsicherheit < 10% berechnet werden.

In der Arbeitsgruppe von Prof. C. Ospelkaus (QUEST Institut an der PTB und LUH) wurden ein neues feldunabhängiges Zustandspaar von ⁹Be⁺-Ionen demonstriert, welches sich besonders als langlebiges Qubit für die Mikrowellen-Quantenlogik mit gespeicherten Ionen eignet. Weiterhin wurde das Mikrowellenfeld eines zur Manipulation der Ionen in die Fallenstruktur integrierten Wellenleiters vermessen und mit numerischen Simulationen verglichen. Schließlich gelang es, mit Hilfe des Wellenleiters Bewegungs-Seitenbandübergänge für einzelne Ionen als wesentliche Voraussetzung für verschränkende Operationen mit mehreren Qubits zu zeigen.

Mit Hilfe hochauflösender Spektren in ultrakalten Calcium-Molekülen wurden in der PTB die Wechselwirkungspotentiale zwischen Calciumatomen genau bestimmt. In einer Kooperation mit Prof. Tiemann, Leibniz Universität Hannover, konnte daraus der nichtlinearen Zeeman-Effekt in diesen schwach gebundenen Systemen modelliert werden und dieser Einfluss bei früheren Messungen korrigiert werden.

Das "Space Optical Clocks 2"-Projekt (SOC2) ist ein von der EU gefördertes Projekt, das von der Heinrich Heine Universität Düsseldorf (HHUD) koordiniert wird und jetzt in der Endphase an der PTB evaluiert wird. Mit technologischen Beiträgen von 16 Kooperationspartnern aus Europa, zielt das Projekt darauf ab eine transportable optische Strontiumgitteruhr als Prototyp für eine Mission an Bord der Internationalen Raumstation ISS zu entwickeln. Langfristig soll eine Genauigkeit erzielt werden, die eine Größenordnung über der für die zukünftige ACES-Mission genutzten Mikrowellenuhr liegt.

Besonders bei Frequenzmessungen werden verrauschte, zeitlich korrelierte Messdaten gemittelt, um eine möglichst geringe Unsicherheit zu erreichen. Es wurde untersucht, welche Gewichtung der Daten unter gegebenen typischen Rauschbedingungen die jeweils geringste Unsicherheit des gewichteten Frequenzmittelwerts liefert und wie diese Unsicherheit aus der Instabilität der Daten bestimmt werden kann. 

Optische Gitteruhren erlauben es, extrem frequenzstabile Laserstrahlung zu erzeugen. Die Stabilität wird durch fundamentale und technische Rauschprozesse begrenzt. Deren genaue Analyse ergab, dass die Strontium-Gitteruhr eine ausgezeichnete Instabilität von 1,6×10^-16/(τ/s)^1/2 erreicht, so dass Messungen mit einer relativen Auflösung von 10^-17 in wenigen 100 s möglich werden.