Präzise und robust - Neue Atomuhr soll flexibel einsetzbar sein

Die PTB ist an der Entwicklung eines neuen Messgerätes beteiligt, das den Forschungsalltag erleichtern soll. Auch in der Klimaforschung könnte die neue Atomuhr eingesetzt werden.

Das Herzstück der transportablen Gitteruhr der PTB: In dem Vakuumsystem werden im blau leuchtenden Bereich Strontiumatome mit Laserlicht auf Temperaturen dicht an den absoluten Nullpunkt abgekühlt. Diese Atome dienen als Referenz der optischen Atomuhr.
Das Herzstück der transportablen Gitteruhr der PTB: In dem Vakuumsystem werden im blau leuchtenden Bereich Strontiumatome mit Laserlicht auf Temperaturen dicht an den absoluten Nullpunkt abgekühlt. Diese Atome dienen als Referenz der optischen Atomuhr. Foto: Physikalisch-Technische Bundesanstalt Nationales Metrologieinstitut

Braunschweig. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) bringt ihre Expertise aus dem Betrieb von Atomuhren in ein Projekt zum Bau robuster, portabler und zugleich sehr genauer Atomuhren ein. Das teilte die Bundesanstalt kürzlich in einer Pressemeldung mit. Man wolle eine Atomuhr bauen, die im Forschungsalltag ohne eine metrologische Spezialbetreuung auskomme, hieß es.


Moderne optische Atomuhren seien die genauesten und präzisesten je gebauten Messgeräte. In ihnen sei die Taktfrequenz etwa 10.000-mal höher als bei Cäsiumuhren. Sie liege damit nicht mehr im Mikrowellen-, sondern im optischen Spektralbereich. Die "feinere Taktung" mache sie noch einmal deutlich genauer, hieß es weiter. Man könne sie zum Beispiel nutzen, um geodätische Höhen zu vermessen. "In Zukunft sind sie perfekt für Fragen der Klimaforschung", sagte PTB-Physiker Christian Lisdat. "Mit ihnen lässt sich mit großer Genauigkeit und Verlässlichkeit über Jahre hinweg verfolgen, wie stark sich etwa der Meeresspiegel infolge der Klimaerwärmung hebt." Dafür müssten die empfindlichen Uhren durch die Lande gefahren und an verschiedenen Orten betrieben werden können, ohne dass Atomuhrspezialisten ständig vor Ort dabei sind, so Lisdat.

EU fördert Projekt mit 7,5 Millionen Euro


Das sei ein anspruchsvolles Ziel, denn bisher erfordern die Uhren aufwändige quantentechnologische Aufbauten, die ganze Labore füllen und in spezialisierten Metrologieinstituten stehen, hieß es. Zwar hat die PTB bereits eine transportable optische Strontiumuhr entwickelt, die auf einem Pkw-Anhänger Platz findet. "Aber diese Uhr ist ein fahrendes wissenschaftliches Speziallabor und benötigt für den Betrieb unser Spezial-Knowhow", so Christian Lisdat. In dem nun bewilligten europäischen Projekt wollen er und die anderen Beteiligten einen Schritt weiter gehen: Entstehen soll eine Uhr mit einer nur geringfügig höheren Unsicherheit, aber dafür mit deutlich höherer Robustheit. Dazu bringt die PTB ihr Wissen aus dem Betrieb der europaweit genauesten optischen Uhren mit neutralen Strontium-Atomen ein. "Unser Part im Projekt ist die grundsätzliche Designberatung und die spätere Prüfung des Systems", sagte Lisdat.

Das Projekt trägt den Titel "AQuRA". Die Abkürzung steht für "Advanced Quantum Clock for Real-World Applications". Neben der koordinierenden Universität Amsterdam (Niederlande) sind acht weitere Beteiligte aus sechs europäischen Ländern dabei, sowohl aus Universitäten und Metrologieinstituten als auch aus der Industrie: "Menlo Systems" (Deutschland), "NKT Photonics A/S" (Dänemark), "iXblue" (Frankreich), "Centre National de la Recherche Scientifique" (Frankreich), "Uniwersytet Mikolaja Kopernika w Toruniu" (Polen), "QuiX Quantum BV" (Niederlande), "Vexlum Oy" (Finnland) und die PTB (Deutschland). Das Projekt werde im Rahmen des Förderprogramms "Horizon Europe research and innovation programme" der EU mit 7,5 Millionen Euro finanziert und laufe über 3,5 Jahre, hieß es.


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