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Auf dem Weg zu einer „optischen Gitteruhr”

Kategorien:
  • Grundlagen der Metrologie
31.12.2004

Optische Uhren mit Neutralatomen sind in ihrer Genauigkeit und Stabilität wesentlich durch die endliche Wechselwirkungszeit aufgrund der ballistischen Expansion der Atome begrenzt. Speichert man Atome in fernverstimmten optischen Fallen, so können sich unter gewissen Umständen bei bestimmten Wellenlängen des Fallenlasers die Energieverschiebungen der am optischen Übergang beteiligten atomaren Niveaus genau kompensieren. Damit lassen sich bei diesen so genannten „magischen Wellenlängen“ Atome in optischen Gittern ohne Verschiebung des Uhrenübergangs beliebig lange speichern. So können lange Wechselwirkungszeiten bei gleichzeitiger Abfrage einer sehr großen Anzahl von Atomen erreicht werden [1]. Man erwartet, dass mit dieser Methode neue optische Atomuhren mit hoher Genauigkeit bei gleichzeitiger bisher unerreichter Stabilität realisiert werden können.

Als Schritt auf dem Weg zu einer solchen Uhr wurde am Calcium diese „magische Wellenlänge“ erstmals mit hoher Genauigkeit bestimmt, indem für verschiedene Wellenlängen die Verschiebung des Uhrenübergangs gemessen wurde und atomare Parameter an die Messwerte angepasst wurden [2].


Expansion einer Wolke ultrakalter Calciumatome in einer Dipolfalle (horizontale Linie)


Literatur:

[1] H. Katori, M. Takamoto, V. G. Pal'chikov, V. D. Ovsiannikov, Ultrastable Optical Clock with Neutral Atoms in an Engineered Light Shift Trap, Phys. Rev. Lett, 91, 173005 (2003)

[2] C. Degenhardt, Ch. Lisdat, H. Stoehr, U. Sterr, F. Riehle, Wavelength dependent ac-Stark shift of the 1S0 - 3P1 transition at 657 nm in Ca, Phys. Rev. A, (2004)

[3] T. Binnewies, G. Wilpers, U. Sterr, F. Riehle, J. Helmcke, T. E. Mehlstäubler, E. M. Rasel, W. Ertmer, Doppler cooling and trapping on forbidden transitions, Phys. Rev. Lett. 87, 123002 (2001)

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