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Aktuelle Forschungsnachrichten und Nachrichten aus dem Jahresbericht

Nachrichten aus dem Jahresbericht 2016

Ekkehard Peik, Leiter des Fachbereichs Zeit und Frequenz, wurde von der Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control Society der IEEE als Distinguished Lecturer ausgezeichnet, um im Zeitraum von Juni 2018 bis Dezember 2019 an Universitäten und Forschungseinrichtungen über Arbeiten der PTB zu  “Optical atomic clocks with single trapped ions” vorzutragen.
https://ieee-uffc.org/news/new-distinguished-lecturer-ekkehard-peik/

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In einer Kooperation zwischen der PTB und der Firma Gigahertz-Optik aus Türkenfeld nahe München wurde ein neu entwickeltes kompaktes Array Spektralradiometer charakterisiert und im Feldeinsatz getestet. Besonderes Augenmerk lag hierbei auf der Reduzierung des sogenannten Streulichts, einem kritischen Parameter für qualitativ hochwertige Spektralmessungen. Streulicht im Innern des Instruments wird durch geeignete Designanpassungen von vornherein physisch reduziert und kann durch Zusatzmessungen effektiv korrigiert werden. Das Instrument liefert präzise und stabile Messungen der direkten solaren UV Bestrahlungsstärke, aus denen sich die Ozonsäule zum Zeitpunkt der Messung ableiten lässt. Das Instrument wurde ausgiebig an der PTB in Braunschweig getestet und charakterisiert, bevor es am Atmosphärischen Observatorium Izaña auf Teneriffa an einer internationalen Vergleichsmesskampagne vom 12.09. - 30.09.2016 eingesetzt wurde. Die Vergleichsmessungen zeigten über den Zeitraum der Kampagne im Bereich der Messunsicherheiten eine gute Übereinstimmung zu klassischen Messverfahren mit Dobson- oder Brewer-Instrumenten.

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Die Frequenzinstabilität und systematische Unsicherheit der neuesten Generation optischer Uhren liegt heute im Bereich von wenigen 10-18. Vergleiche zwischen Atomuhren müssen den Unterschied der relativistischen Rotverschiebungen der Uhrenfrequenzen berücksichtigen, der proportional ist zu dem Unterschied des Schwerepotentials, in dem sich die Uhren jeweils befinden. Dabei setzt sich das Schwerepotential zusammen aus dem Gravitationspotential und dem Zentrifugalpotential, letzteres bedingt durch die Erdrotation. Für Beiträge zur Internationalen Atomzeit TAI muss eine entsprechende relativistische Korrektur angebracht werden, die sich auf ein vereinbartes Nullpotential bezieht, das vom mittleren Meeresspiegel oder Geoid abgeleitet wird.  

Um die von optischen Uhren erreichten Unsicherheiten ausnutzen zu können, muss das Schwerepotential mit einer Genauigkeit von 0,1 m2/s2 bestimmt werden, was einer Höhendifferenz von 1 cm entspricht. In einem europäischen Forschungsprojekt wurden zwei geodätische Methoden zur Bestimmung des Schwerepotentials an verschiedenen Uhren-Standorten in Europa verwendet [1]: geometrisches Nivellement und die Global Navigation Satellite Systems (GNSS)/Geoid-Methode. Dabei ergibt geometrisches Nivellement über kürzere Distanzen bis zu einigen Kilometern Potentialdifferenzen mit Unsicherheiten, die Höhendifferenzen von wenigen Millimetern entsprechen. Bei größeren Distanzen können aber systematische Fehler auftreten, die Dezimetern entsprechen. Die GNSS/Geoid-Methode ergibt hingegen absolute Werte des Schwerepotentials mit einer Unsicherheit, die etwa 2 cm entspricht, und ist daher über größere Distanzen vorzuziehen. Die Forschungsarbeiten ermöglichen nun den Vergleich von Atomuhren an den Metrologieinstituten INRiM (Turin), LNE-SYRTE (Paris), NPL (London) und PTB (Braunschweig) mit einer Unsicherheit der relativistischen Rotverschiebungen von 2×10−18.

 

 

[1] H. Denker, L. Timmen, C. Voigt,... [ mehr ]

Am 5. April 2018 gründete sich an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig der Verein »Deutsches Nationales Komitee der Internationalen Beleuchtungskommission CIE (DNK-CIE)«. Zum ersten Vorsitzenden des neuen Vereins wurde Dr. Armin Sperling, PTB, gewählt.

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Im Rahmen des 9. High Level Expert Meeting „Asphere Metrology“, ausgerichtet vom Kompetenzzentrum Ultrapräzise Oberflächenbearbeitung e.V. (CC UPOB), wurde dieses Jahr erstmals der mit 1000 Euro dotierte Young Scientist Award vergeben. Dieser Preis soll junge Wissenschaftler aus dem Gebiet der ultrapräzisen Oberflächenbearbeitung fördern und auszeichnen. Die nominierten Kandidaten präsentierten ihre Forschungsergebnisse dem Fachpublikum in Form eines Kurzvortrages und eines Posters. Der Doktorand Jan-Hendrik Hagemann (PTB, AG 4.22 Ebenheitsmetrologie) gewann den 1. Preis für seine Arbeit zur interferometrischen Formmessung optischer Oberflächen mit einer teilkohärenten Multiquellenbeleuchtung.

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Einzelphotonenquellen sind vielversprechende Kandidaten als Standardquelle für die Radiometrie. Ziel ist es, solche Quellen für die effiziente Kalibrierung der Detektionseffizienz von Einzelphotonendetektoren zu nutzen, da ihre Photonenstatistik keinen Einfluss auf das Kalibriersignal hat. Momentan werden hierfür noch stark abgeschwächte Laser verwendet, welche eine gewisse Wahrscheinlichkeit zur Multi-Photon-Emission besitzen und die Messung daher korrigiert werden muss. Die Verwendung einer puren Einzelphotonenquelle würde eine solche Korrektur der Messung unnötig machen und das Messunsicherheitsbudget verringern.

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