Sven Köppel 02.02.2010 13:00-14:00 ExB3-Präsentation
Sven Köppel 02.02.2010 13:00-14:00 ExB3-Präsentation Atomuhren
Gliederung Motivation: Anwendungs- beispiele DFC77 NTP GPS Geschichte Funktionsweise Entwicklungen Strontium Atomic Clock, NIST, USA
Motivation Genaue Zeitmessung Physikalische Anwendung (Forschung und Entwicklung) Standardfrequenzen Messverfahren, zur Zeit bis auf 10-15 sec Flächendeckende technische Anwendung Internet GPS Pünktlich zur Uni kommen
Technische Anwendung: DCF77 Sendet seit 1960 Normalfrequenz und Uhrzeit auf 77,5 kHz Quelle: Cäsium-Fontäne mit 10-12 sec Standardabweichung Amplitudenmoduliertes Sendesignal (Leistung gegen Zeit) Integraler Bestandteil jedes zuverlässigen Weckers
Technische Anwendung: NTP Network Time Protocol Zeitsynchronisierung von Computern über laufzeitvariable Netze (Internet) → exakte Uhrzeit für Zufallszahlen, Verschlüsselung, Routing, etc. ptbtime1.ptb.de Direkt an Cs-Atomuhr Angeschlossen, Liefert Uhrzeit auf 2-32 sec genau
Technische Anwendung: GPS Satelliten senden sehr genaue Uhrzeit Aus Laufzeiten berechnet sich eigene Position auf der Erde Atomuhr, 1,5mm x 4mm, 75mW
Forschung
Eine kurze Geschichte der Zeit 1945 Insidor Rabi, Columbia University: atomic beam magnetic resonance clock 1949 Bau erster Atomuhr NBS-1 am NBS (National Bureau of Standards) mit Ammoniak-Molekülen 1955 Caesiumuhr am National Physical Laboratory, GB
1967 SI: "Die Sekunde ist das 9 192 631 770fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entsprechenden Strahlung."
1967 SI: "Die Sekunde ist das 9 192 631 770fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entsprechenden Strahlung."
Funktionsweise
Funktionsweise
NBS-1
NBS-1
Verbesserungen: Caesium-Fontäne
NIST-F1 1960 Ideen 1980 erstmals realisiert (Stanford) 1998 Standard für UTC
Weitere Weiterentwicklungen Statt Caesium → Rubidium, Wasserstoff Mikrowellen → Terahertz-Strahlung Optische Uhren Frequenzkamm 1998 AG Theodor Hänsch am MPI Quantenoptik München Nobelpreis für Physik 2005
Frequenzkamm Terahertzstrahlung: TOPaktuelle Forschung Generiere diskretisiertes Licht deutlich höherer Frequenz als das zu Messende Interferiere Lichtstrahlen → Schwebung im Radiobereich Terahertzstrahlung: TOPaktuelle Forschung
Sven Köppel 02.02.2010 13:00-14:00 ExB3-Präsentation Fragen?
Quellen, Literatur Michael A. Lombardi, Thomas P. Heavner, Steven R. Jefferts, „NIST Primary Frequency Standards and the Realization of the SI Second“, The Journal of Measurement Science, vol 2 No. 4, Dec 2007 C. Audoin, J. Vanier: „Atomic frequency standards and clocks“, Journal of Physics E: Scientific Instruments, 1976 Thomas Kühl, Wilfried Nörtshäuser, „Physik des Lasers: Der Frequenzkamm“, JGU Mainz/GSI, WS 07/08 http://tf.nist.gov/timefreq/cesium/fountain.htm Atomic Devices and Instrumentation Group - http://tf.nist.gov/timefreq/ofm/smallclock/Welcome.html http://www.ptb.de/