Title: Optische Uhren und ihre Anwendung in der Geodäsie
Authors: Lisdat, Christian, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Fachbereich 4.3, Quantenoptik und Längeneinheit, ORCID: 0000-0002-4705-8854
Müller, Jürgen, Institut für Erdmessung, Leibniz Universität Hannover, ORCID: 0000-0003-1247-9525
Schmidt, Piet O., Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), QUEST Institut für experimentelle Quantenmetrologie, ORCID: 0000-0003-0773-5889
Contributors: HostingInstitution: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), ISNI: 0000 0001 2186 1887
Editor: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), ISNI: 0000 0001 2186 1887
Pages:26
Language:de
DOI:10.7795/310.20180303
Resource Type: Text / Article
Publisher: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
Rights: Vervielfältigung nur zum eigenen persönlichen Gebrauch.
Relationships: IsPartOf: DOI 10.7795/310.20180399
Dates: Available: 2020-08-31
Created: 2018-12
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Keywords: Optische Uhren ; Optische Gitteruhren ; Optische Ionenuhren ; Relativistische Geodäsie ; Frequenzstandards ; Strontium ; Calcium ; Aluminium ; Ytterbium
Abstract: Die Messung von Zeit durch Uhren spielt seit Jahrtausenden eine wichtige Rolle zur Strukturierung des Tagesablaufs. Mit der Weiterentwicklung von Uhren haben sich darüber hinaus immer neue Anwendungen erschlossen, wie z. B. seit dem 18. Jahrhundert durch präzise und robuste mechanischen Uhren in der Schiffsnavigation bis zur Synchronisierung von Telekommunikationsnetzwerken und der Entwicklung der Satellitennavigation mit Mikrowellen-Atomuhren seit einigen Dekaden [Jespersen1999]. Die neuste Generation von optischen Uhren ist das Ergebnis einer langjährigen Entwicklung von Quantentechnologien zur Kontrolle der Bewegung und der internen atomaren Zustände [Ludlow2015]. Sie erlauben Messungen mit bis zu 18 Stellen Genauigkeit und zählen damit zu den genausten Messgeräten überhaupt.

Das Prinzip einer Uhr besteht darin, die Anzahl der Zyklen eines periodischen Vorgangs (Referenzoszillator) ab einem bestimmten Zeitpunkt zu zählen. Als Referenzoszillator wurden in der Vergangenheit die Erdrotation (~1/86nbsp;400nbsp;s ≈nbsp;0,0nbsp;000nbsp;116nbsp;Hz), die Schwingung eines Pendels (≈1 Hz), eines Schwingquarzes (≈10nbsp;kHz) oder die Schwingung von elektromagnetischen Wellen (≈10nbsp;GHz) genutzt. Gemeinsam ist diesen, dass die Schwingungen direkt gezählt werden konnten. In Atomuhren dient als Referenz die Schwingung, die dem ungestörten Übergang zwischen zwei ausgesuchten atomaren Niveaus entspricht. Übergänge in Atomen eigenen sich deshalb besonders gut als Referenz, da alle Atome einer Sorte identisch sind und sich Atome in Fallen gut von ihrer Umgebung isolieren lassen. Daher ist die Sekunde des internationalen Einheitensystems seit 1967 definiert als „das 9 192nbsp;631nbsp;770-fache der Periodendauer der Strahlung, die dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entspricht“ [SI2014].
Series Information: Enthalten in PTB-Mitteilungen. 128. Jahrgang, Heft 3, Dezember 2018. ISSN 0030-834X
Citation: Lisdat, Christian ; Müller, Jürgen ; Schmidt, Piet O.. Optische Uhren und ihre Anwendung in der Geodäsie, 2018. Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB). DOI: https://doi.org/10.7795/310.20180303