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Optikaufbauten des Experiments zur Thorium-Kernuhr.

Optische Uhren mit gespeicherten Ionen

Arbeitsgruppe 4.43

Profil

Die Arbeitsgruppe befasst sich mit Forschung und Entwicklung für optische Uhren mit gespeicherten Ionen. Ein einzelnes Ion, das im Ultrahochvakuum in einer Paul-Falle von einem elektrischen Wechselfeld gehalten wird und dessen Bewegung durch Laserkühlung bis nahe an den absoluten Temperaturnullpunkt abgekühlt ist, stellt ein nahezu ideales Objekt für die Spektroskopie dar. Die weitgehende Reduzierung äußerer Störungen, die in diesem System möglich ist, erlaubt die  Realisierung ungestörter atomarer Übergangsfrequenzen und damit eine Atomuhr höchster Genauigkeit. Das von uns untersuchte 171Yb+-Ion besitzt zwei unterschiedliche Referenzübergänge für optische Uhren, von denen insbesondere ein äußerst schmalbandiger elektrischer Oktupolübergang  eine geringe systematische Unsicherheit ermöglicht: Zurzeit schätzen wir diese mit 3×10-18 ab. Dies entspricht einer Unsicherheit der Uhr von etwa 200 optischen Schwingungszyklen (260 Femtosekunden) pro Tag oder von etwa 1 s über das Alter des Universums.  Für die Anbindung der optischen Uhren  an die Cäsium-Atomuhren und  für Frequenzvergleiche von optischen Uhren untereinander entwickeln wir auf Femtosekunden-Lasern basierende optische Frequenzkämme.

Die hohe Genauigkeit der optischen Uhren ermöglich neue Anwendungen in der Grundlagenforschung, insbesondere in der Überprüfung von Postulaten und Vorhersagen der Relativitätstheorie und bei der Suche nach „Neuer Physik“, die Hinweise auf ein vereinigtes  Modell  der fundamentalen Kräfte vom Quantenbereich bis hin zur Kosmologie liefern könnte.

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Forschung/Entwicklung

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Dienstleistungen

 

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Informationen

Die Arbeitsgruppe ist in mehreren nationalen und internationalen Kooperationen aktiv. Im Rahmen des  von der EU geförderten Programms  EMPIR wird hier das  Forschungsprojekt „Coulomb Crystals for Clocks“ koordiniert, und das Projekt ROCIT bearbeitet.  

Im Rahmen des BMBF Projekts "Optische Einzelionen-Uhr für Anwender" (opticlock) wird  ein Demonstrator einer vollständig automatisierten und dauerbetriebsfesten  optischen Uhr mit Yb+ unter maßgeblicher Beteiligung von Industrieunternehmen  entwickelt.

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