Ein US-Wissenschaftlerteam hat die Kernkomponenten einer Atomuhr gebaut, die nur 9,5 mm3 misst. Die Atomuhr verbraucht weniger als 75 Milliwatt und hat eine relative Frequenzungenauigkeit von 10-10 innnerhalb einer Sekunde -- damit geht sie in 300 Jahren etwa eine Sekunde falsch. Die Uhr ist zehn mal genauer als ein temperaturstabilisertes Schwingquarzsystem. Die genauesten Systeme haben zur Zeit eine relative Frequenzinstabilität von einigen 10-15 in einer Sekunde.
Atomuhren nutzen aus, dass beim Übergang zwischen zwei Energieniveaus elektromagnetische Wellen mit einer charakteristischen Schwingungsfrequenz absorbiert werden. Ein Frequenzgenerator erzeugt über einen Quarzoszillator ein elektromagnetisches Wechselfeld, das in eine Resonanzapparatur eingekoppelt wird. Mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit regt das Feld den Übergang zwischen den betrachteten Energieniveaus an. Das weiterverarbeitete Absorptionssignal dient wiederum als Regelsignal für einen Quarzoszillator.
Damit die Uhr möglichst genau tickt, müssen die Atome in der Resonanzkammer jedoch entsprechend vorbereitet sein, sprich, sie müssen im richtigen Zustand vorliegen. In herkömmlichen Atomuhren verwendet man dafür einen Atomstrahl, aus dem Magnetfelder und Blenden die richtigen Atome aussortieren. Beispielsweise müssen sie in die gleiche Richtung fliegen, da jeder transversale Bewegungsanteil die Messung stört. Der Atomstrahl muss also ziemlich schmal sein, zudem sollen die Atome alle die gleiche Geschwindigkeit haben -- das Verfahren ist experimentell recht aufwändig und hat zur Folge, dass die präzisesten Atomuhren ganze Laborräume füllen.
Die Forscher am National Institute of Standards and Technology (NIST) verwendeten nun ein trickreiches optisches Verfahren -- das so genannte Coherent Population Trapping -- das auch in sehr kleinen Verdampfungskammern funktioniert. Für die komplette Atomuhr, die sich beispielsweise auch in ein Handy einbauen ließe, fehlt den Wissenschaftlern allerdings noch ein guter Resonator und die miniaturisierte Steuerungselektronik.
Quelle:heise Online
Greets
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