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Strontium-Atomuhr: Über 15 Milliarden Jahre lang im genauen Sekundentakt

  • quelle: wissenschaft-aktuell.de


    Zeitmessung erlaubt genauere Analyse relativistischer Phänomene


    Die weltweit genaueste Uhr tickt derzeit in einem amerikanischen Labor an der University of Colorado in Boulder. Dank der Schwingungen von Stromtiumatomen geht die Atomuhr innerhalb von 15 Milliarden Jahre höchstens eine einzige Sekunden falsch. Wie die Forscher im Fachblatt „Nature Communications“ berichten, konnten sie damit die Ganggenauigkeit der Stromtium-Atomuhr nach einem Rekord vor über einem Jahr noch einmal um das Dreifache verbessern. Solche genauen Zeitmessungen sind für verschiedene Anwendungen von der Satellitennavigation bis zur Analyse quantenphysikalischer Phänomene interessant.


    „Bessere Atomuhren eröffnen auch Chancen für neuartige Technologien wie etwa hoch empfindliche Quantensensoren“, sagt Jun Ye, Leiter der Forschergruppe am JILA-Institut, in dem Wissenschaftler der University of Colorado und vom National Institute of Standards and Technology (NIST) zusammenarbeiten. Für ihren neuen Rekord nutzten Ye und Kollegen ein optisches Gitter aus Laserstrahlen. In diesem nur 30 auf 30 Mikrometer kleinen Areal innerhalb einer Vakuumkammer sperrten sie einige tausend Stromtiumatome ein. Diese Atome wurden mit einem weiteren Laser mit 698 Nanometer Wellenlänge (rot) zu Schwingungen zwischen zwei Energiezuständen (1S0->3P0) resonant angeregt. Dabei gelang es den Forschern, die Wellenlänge des Lasers sehr genau an die Energiedifferenz zwischen den beiden Zuständen anzupassen. Und je besser der anregende Laser diese Resonanz-Bedingungen erfüllte, desto genauere Zeitmessungen waren möglich.


    Diese resonanten Schwingungen reagieren allerdings sehr empfindlich auf Wärme in der direkten Umgebung. Schon geringe Temperaturschwankungen können die Resonanz-Bedingungen etwa verändern. Um diese Fehlerquelle für eine exakte Zeitmessung zu minimieren, schirmten die Forscher das optische Gitter mit den Strontium-Atomen gegen Wärmestrahlung ab. Zusätzlich installierten sie zwei hoch empfindliche Thermometer in der Nähe des Gitters, um jede mögliche Temperaturschwankung kontrollieren zu können. Beide Maßnahmen waren wesentlich für die nun erzielte Ganggenauigkeit der Atomuhr verantwortlich.


    Mit diesem Rekord gehen Atomuhren so genau, um sie sogar für Höhenmessungen über die relativistische Geodäsie nutzen zu können. Denn nach der Relativitätstheorie von Albert Einstein vergeht die Zeit mit zunehmender Höhe über der Erdoberfläche etwas schneller. Verantwortlich dafür sind winzige Veränderungen der wirkenden Schwerkraft. Laut Jan Ye ticke die neue Strontium-Atomuhr so genau, dass sie diese Zeitunterschiede noch messen kann, wenn sie nur zwei Zentimeter angehoben werde.


    Mit ihrer Strontium-Atomuhr stehen die JILA-Forscher im stetigen Wettlauf mit anderen Instituten weltweit, etwa der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig (PTB) oder dem Quantum Metrology Laboratory der japanischen Forschungsgemeinschaft Riken. So erreichten Riken-Forscher schon vor wenigen Monaten eine vergleichbare Ganggenauigkeit wie ihre amerikanischen Kollegen. Allerdings nutzten sie dazu zwei miteinander gekoppelte Stromtium-Atomuhren. Diese Kopplung erlaubte einen stetigen Abgleich der Zeitmessung beider Uhren, über den der Messfehler reduziert werden konnte.

  • Danke für die Info,
    so weiß ich endlich doch mein Leben lang was die Uhr geschlagen hat. Nur darf ich nicht vergessen nach 15 Milliarden Jahren die Uhr zu wechseln. Ich hoffe sie schlägt rechtzeitig Alarm. Es gibt so viel Unsinn auf der Welt da spielt diese Uhr wohl keine Rolle mehr und man freut sich richtig über sinnvolle Entwicklungen. Z.B. Endlager von Atommüll und was geschied mit den Kraftwerken. Eine Frage die ausgeblendet wird. Vieleicht gibt es in schon 100 Jahren keine Lebewesen mehr auf der Erde da alles verstrahlt ist. Richtig, dann heben wir die zulässigen Strahlenwerte eben einfach an.
    Walter, trotzdem danke für diese Info. :D


    Ralf

    NMT-HVG 40 Sekundärluft nach Lambda. 3000-Liter Puffer. Buderus Ölkessel 40 KW. [lexicon]Laddomat[/lexicon] 78° Patrone. 310m² beheizte Fläche, freistehendes verwinkeltes Gebäude nach EneV 2009 gedämmt. WW mit Boiler und Zirkulationspumpe.

  • Hier nachstehend mal eine kleine Erklärung wozu die genaue Uhrzeit u.a. nötig ist.



    "Atomuhren
    bestimmen nicht nur den Zeittakt der Welt, sie helfen auch dabei,
    Autos, Züge, Schiffe und Flugzeuge zu lotsen - als zentraler Bestandteil
    des globalen Satellitennavigationssystems GPS und des Nachfolgesystems
    Galileo.

    Die Präzision der Navigation
    hängt nämlich entscheidend von der Genauigkeit der Zeitsignale ab, mit
    denen die Satelliten ihren Standort durchgeben. Mit Zeitsignalen von
    mindestens vier GPS-Satelliten kann ein Empfänger, etwa ein Navi im
    Auto, die exakte Entfernung der Satelliten berechnen und damit seine
    eigene Position bis auf drei Meter genau bestimmen. In den
    Galileo-Satelliten werden noch präzisere Atomuhren untergebracht. Dank
    ihnen soll das System eine Genauigkeit von 30 Zentimetern erreichen.

    Mit optischen Atomuhren
    ließe sich die Satellitennavigation weiter verbessern; zudem könnte man
    etwa Raumsonden präziser anpeilen und Radioteleskope genauer
    verschalten. Auch Erderkundungssatelliten, die über die Messung von
    Schwerefeldabweichungen das Innere unseres Planeten erkunden, würden von
    der Genauigkeit profitieren."
    Quelle: Hamburger Abendblatt


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