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    Der präziseste Zeitmesser der Welt

    Rekord-Atomuhr tickt billiardstelgenau

    US-Wissenschaftler entwickeln eine "Super-Uhr", die so präzise ist wie kein anderer Zeitmesser bisher. Zwei dieser Uhren würden über Milliarden von Jahren perfekt gleich ticken. Als Taktgeber nutzt sie ultrakalte Atome der Seltenen Erde Ytterbium.


    Die NIST-Atomuhr tickt auf ein billiardstel Promille genau.(Foto: dpa)

    US-Forscher haben eine Atomuhr von bislang unerreichter Präzision gebaut. Die Ytterbium-Uhr am National Institute of Standards and Technology (NIST) tickt so gleichmäßig, dass ihre einzelnen Pendelschläge im Schnitt nur ein billiardstel Promille voneinander abweichen, wie die Entwickler um Andrew Ludlow im US-Fachjournal "Science" berichten. Das ist so stabil, dass zwei solcher Uhren über das gesamte Alter des Universums in perfektem Gleichschritt ticken würden.

    Die Ytterbium-Uhr ist damit mindestens zehnmal stabiler als alle anderen Atomuhren, die etwa für Telekommunikation und Navigation auch im Alltag eine wichtige Rolle spielen. "Die Stabilität der Ytterbium-Gitter-Uhr öffnet die Tür zu einer Reihe spannender praktischer Anwendungen der Präzisionszeitmessung", betonte Ludlow in einer Mitteilung seines Instituts in Boulder (US-Staat Colorado). Unter anderem biete dies neue Möglichkeiten in der Satelliten- und erdgestützten Navigation, für astronomische Teleskope und für die Erdvermessung (Geodäsie), schreiben die Forscher in "Science".

    Zehn Jahre Arbeit

    Die Wissenschaftler arbeiten seit zehn Jahren an der Uhr, die ultrakalte Atome der Seltenen Erde Ytterbium als Taktgeber nutzt. Rund 10.000 dieser Atome werden dazu auf zehn millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt der Temperatur (minus 273,15 Grad Celsius) gekühlt und in einem sogenannten optischen Gitter aus Laserlicht eingefangen. Mit einem weiteren Laser werden die Atome angeregt, charakteristische Strahlung auszusenden, die gemessen wird.


    Um zu untersuchen, wie stabil die Ytterbium-Uhr tickt, kam eine kürzlich gebaute zweite Version zum Einsatz, wie das Institut erläutert. Beide Uhren wurden dann miteinander verglichen. Die absolute Genauigkeit der Ytterbium-Uhr, also wie akkurat sie die Zeit misst, haben die Konstrukteure noch nicht bestimmt. In der vorliegenden Untersuchung ging es zunächst um die Gleichmäßigkeit ihrer Pendelschläge. Eine Messung der Genauigkeit soll jedoch "in naher Zukunft" folgen, schreibt das Institut.
    Quelle


    Die Forscher vom National Institute of Standards and Technology in Boulder ließen zwei Ytterbium-Uhren (Yb-1 und Yb-2) gegeneinander antreten. Als Taktgeber dienen rund 10.000 Atome, die auf zehn Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt gekühlt und in einem sogenannten optischen Gitter aus Laserlicht eingefangen sind (oben rechts). Angeregt werden die Atome von einem Laserstrahl, der mit Hilfe eines optischen Resonators (optical cavity) stabilisiert wird. foto: nist
    Neudefinition des Kilogramms möglich: Uhr kann Atome wiegen
    Geändert von delle59 (23.02.15 um 19:22 Uhr)
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    AW: Der präziseste Zeitmesser der Welt

    Hat ja nicht allzu lange gedauert bis ne neue kommt.


    Neue Uhr stellt alle bisherige Zeitmessung klar in den Schatten

    Ein neues Paar von Atomuhren soll alles, was es bisher in Sachen exakter Zeitmessung gab, in den Schatten stellen. Die nun erreichte Genauigkeit scheint auf den ersten Blick kaum mehr Sinn zu ergeben - doch verschiedene High Tech-Anwendungen könnten tatsächlich von dem System profitieren.

    Entwickelt wurden die neuen Uhren an der Universität von Tokio. Die aktuell gebräuchlichen Hochpräzisions-Zeitmesser sind bereits so genau, dass sie in mehreren Millionen Jahren gerade einmal um eine Sekunde falsch gehen. Dies wurde bereits vor einiger Zeit deutlich übertroffen, als in den USA ein neues System entwickelt wurde, das einige Milliarden Jahre bräuchte, um diese leichte Ungenauigkeit zu entwickeln.




    Bei letzterer Uhr wechselten die Forscher zur Beobachtung von Atom-Schwingungen vom üblichen Cäsium auf Strontium. Das ist auch bei der neuen Uhr der Fall. Um die Genauigkeit zu verbessern, werden dabei beide Systeme zusammengeschaltet. Sie sollen nun so präzise arbeiten, dass eine Abweichung von einer Sekunde nach der Theorie erst in rund 16 Milliarden Jahren auftreten würde - also zu einer Zeit, in der vielleicht sogar schon die auch aus den Überresten unserer Sonne hervorgegangene neue Generation von Sternen ihrem Ende entgegengeht.

    Um den neuen Grad der Exaktheit zu erreichen, werden die Schwingungen einzelner Strontium-Atome in einem Kristallgitter beobachtet. Dieses ist dabei auf rund -180 Grad Celsius heruntergekühlt. Diese niedrige Temperatur soll gewährleisten, dass der Störeinfluss elektromagnetischer Wellen aus der Umgebung möglichst gering ist.

    Benötigt werden Uhren, die mit möglichst hohen Präzisionsgraden laufen, von verschiedenen modernen Technologien. So sind beispielsweise unsere Telekommunikations-Netze auf sehr genaue Zeitsignale angewiesen, um nicht aus dem Takt zu kommen. Aber auch die Genauigkeit von Satelliten-Navigationssystemen hängt letztlich von der Genauigkeit der Zeitmessung für die Signallaufzeiten ab.

    Unter Wissenschaftlern geht es aber auch um die nicht gerade triviale Frage, eine seit Jahrzehnten geltende Definition für eine der wichtigsten Maßeinheiten zu ändern. Bisher wird die Dauer seiner Sekunde über das Caesium definiert. "Durch die höhere Genauigkeit machen wir uns starke Hoffnungen, die Diskussion um eine Neudefinition der Sekunde voranzutreiben", erklärten die Entwickler der neuen Uhr.
    winfuture.de
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  3. Bedankos eddy-dien8 bedankte(n) sich für diesen Post
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    AW: Der präziseste Zeitmesser der Welt

    Na, ich weiß nicht ob das muss ... *In 15 Milliarden Jahren auf eine Sekunde genau* .. wie lange gibts die Welt denn noch? Das ist doch auch nur noch ein "Wettrüsten" der Forscher "wer ist der Beste" oder so. Ob das noch Sinn macht wage ich zu bezweifeln.

    =================================================


    Blick auf Strontium-Gitteruhr (Ausschnitt): Tickt 430 Billionen Mal pro Sekunde. DPA

    Im Rennen um die exakteste Zeitmessung gibt es eine neue Bestmarke: Eine optische Atomuhr im amerikanischen Boulder geht in 15 Milliarden Jahren keine Sekunde falsch. Mit der Superuhr sind verblüffende Messungen möglich.

    Die genaueste Atomuhr der Welt tickt derzeit in einem Forschungsinstitut im US-Bundesstaat Colorado: Die experimentelle Strontium-Gitter-Uhr geht über 15 Milliarden Jahre keine Sekunde falsch - das ist länger als das Alter des Universums. Physiker des National Institute of Standards and Technology (NIST) und der University of Colorado in Boulder stellen ihre neue Rekorduhr im britischen Fachblatt "Nature Communications" vor. Die Präzisionszeitmessung ist für verschiedene Anwendungen interessant, von der Satellitennavigation über die Vermessungstechnik bis zur Grundlagenforschung.

    Mit einer Strontium-Gitteruhr war am NIST auch schon die bisherige Bestmarke aufgestellt worden - im Januar 2014. Für den neuen Rekord haben die Physiker die Genauigkeit ihres Zeitmessers um das Dreifache verbessert und seine Stabilität um rund 50 Prozent erhöht.

    Optische Atomuhren gibt es in zwei unterschiedlichen Varianten: Entweder arbeiten sie mit nur einem einzigen Ion - oder aber mit Tausenden Atomen in einem Gitter - so wie bei der Uhr, die nun einen neuen Rekord aufgestellt hat. In der Uhr befinden sich Strontium-Atome in einem 0,03 mal 0,03 Millimeter großen optischen Gitter aus Laserlicht. Sie werden mit einem weiteren Laser angeregt, und die Physiker zählen die Schwingungen dieser Atome. Die Atome ticken rund 430 Billionen Mal pro Sekunde. "Die Uhr arbeitet bei normaler Raumtemperatur", berichtete Gruppenleiter Jun Ye in einer NIST-Mitteilung.

    Höhenbestimmung per Atomuhr

    Die Uhr geht so genau, dass sie bereits kleine Zeitunterschiede im Schwerefeld der Erde nachweisen kann. Nach Albert Einsteins Relativitätstheorie geht die Zeit schneller mit wachsender Höhe über dem Erdboden. Das ist unter anderem wichtig für die Satellitennavigation.

    Die Strontium-Gitter-Uhr kann jetzt schon einen Unterschied messen, wenn sie um lediglich zwei Zentimeter angehoben wird. Das ist so exakt, dass damit eine neue Form der Landvermessung möglich werden könnte. "Ich glaube, wir nähern uns der Nutzbarkeit für relativistische Geodäsie", sagte Ye.

    Als Alternative zu Strontium-Gitteruhren haben Physiker kürzlich eine weltumspannende Kette von Atomuhren vorgeschlagen. Diese sollen quantenphysikalisch miteinander gekoppelt sein und eine extrem hohe Genauigkeit ermöglichen. Bislang ist diese Idee aber nur Theorie - im Unterschied zur Superuhr des NIST.
    spiegel.de
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