05.02.2014
Die PTB einwickelt optische Frequenznormale, die zukünftig die Rolle der Cäsium-Atomuhren übernehmen könnten. Ein System ist die Strontium-Gitteruhr, in der ein Laser auf einen atomaren Strontium-Übergang stabilisiert wird. Hierzu werden einige Tausend Atome in einem Lichtfeld (dem optischen Gitter) gespeichert und mit einem Laser angeregt. Die so beobachteten Resonanzen haben eine Güte von mehr als 3×1014. Aus der Anregungswahrscheinlichkeit kann dann ein Regelsignal zur Steuerung der Laserfrequenz abgeleitet werden.
Die Frequenz des Abfragelasers wurde mittels eines fs-Frequenzkamms durch die Cs-Fontänenuhren der PTB mit einer relativen Unsicherheit von 4×10−16 gemessen [1]. Die erreichte relative Unsicherheit wurde durch die primären Cs-Uhren begrenzt.
Dieses Ergebnis stellt neben der Messung am SYRTE in Paris [2] mit einer Unsicherheit von 3×10−16 die genaueste Messung der Strontium-Uhrenfrequenz dar – beide Werte sind in sehr guter Übereinstimmung.
Aufgrund der gegenüber Cs-Uhren 40 000-fach höheren Frequenz der Abfragestrahlung können mit optischen Uhren deutlich verringerte Unsicherheiten und erhöhte Frequenzstabilitäten erreicht werden. So wurde für das Sr-System während der Messung eine Unsicherheit von 5×10−17 erreicht.
Durch die deutlich genaueren Messungen ist der Weg für eine weitere Reduzierung der Unsicherheit der „sekundären Darstellung der Sekunde“ [3] durch Sr-Gitteruhren geebnet.
Blick in die Vakuumkammer, in der die Strontiumatome gefangen und abgefragt werden. Links neben der blau fluoreszierenden Atomwolke mit einer Temperatur von wenigen Millikelvin ist ein Plattenkondensator zu erkennen, mit dem die Empfindlichkeit der Atome auf elektrische Felder untersucht wurde [4].
Literatur:
[1] Falke, S., Lemke, N., Grebing, Ch., Lipphardt, B., Weyers, S., Gerginov, V., Huntemann, N., Hagemann, Ch., Al-Masoudi, A., Häfner, S., Vogt, S., Sterr, U. and Lisdat, Ch.: A strontium lattice clock with 3 × 10−17 inaccuracy and its frequency, (2013), arXiv:1312.3419 [physics.atom-ph]
[2] R. Le Targat, L. Lorini, Y. Le Coq, M. Zawada, J. Guéna, M. Abgrall, M. Gurov, P. Rosenbusch, D.G. Rovera, B. Nagórny, R. Gartman, P.G. Westergaard, M.E. Tobar, M. Lours, G. Santarelli, A. Clairon, S. Bize, P. Laurent, P. Lemonde, J. Lodewyck, Experimental realization of an optical second with strontium lattice clocks, Nat. Com. 4, 2109 (2013)
[3] Report of the 101th meeting of the Comité International des Poids et Mesures (CIPM). Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), Sevres, Paris Cedex, (2013)
[4] T. Middelmann, S. Falke, C. Lisdat, U. Sterr, High accuracy correction of blackbody radiation shift in an optical lattice clock, Phys. Rev. Lett. 109, 263004 (2012)