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Ytterbium Giving Time Standards Gemeinschaft Weitere Optionen in Entwicklung von Next-Generation Atomuhren

Published on August 11, 2009 at 7:47 PM

Eine experimentelle Atomuhr auf Ytterbium-Atomen ist etwa viermal genauer als noch vor einigen Jahren war, so dass es einer Genauigkeit vergleichbar mit der von der NIST-F1 Caesium-Fontäne Uhr, die Nation der zivilen Zeit Standard, Wissenschaftler am National Institute of Standards and Technology (NIST) in der Zeitschrift Physical Review Letters .*

Dieses Foto zeigt etwa 1 Million Ytterbium-Atome durch einen blauen Laser in einem experimentellen Atomuhr, dass die Atome in einem Gitter aus sich kreuzenden Laserstrahlen hält beleuchtet. Das Foto wurde mit einer digitalen Kamera durch das Fenster einer Vakuumkammer entnommen. NIST studiert die mögliche Verwendung von Ytterbium-Atome in der nächsten Generation Atomuhren an optischen Frequenzen, die als stabiler und präziser als die heutigen beste Zeit Standards, die auf Mikrowellen-Frequenzen beruhen könnten basiert. Credit: Barber, NIST

NIST Wissenschaftler werteten die Uhr durch die Messung der Eigenfrequenz des Ytterbium, sorgfältig Rechnungswesen für alle möglichen Abweichungen, wie sie durch Kollisionen zwischen den Atomen verursacht wird, und mit NIST-F1 als "Herrscher" für den Vergleich. Die Ergebnisse waren gut genug, um anzuzeigen, dass die Ytterbium Uhr Wettbewerbsvorteil in mancher Hinsicht mit NIST-F1, die stetig verbessert hat und nun hält die Zeit, innerhalb 1 Sekunde in etwa 100.000.000 Jahre. (Wegen der internationalen Definition der Sekunde auf der Cäsium-Atoms beruht, technisch keine Uhr kann genauer als Cäsium-Standards wie NIST-F1.) Noch wichtiger ist, gibt die verbesserte Ytterbium Uhr die Zeit Standards Gemeinschaft mehr Möglichkeiten bei der Weiterentwicklung und Vergleiche der nächsten Generation Uhren, sagt NIST Physiker Chris Oates, einer der Autoren der neuen Papier.

Die NIST Ytterbium Uhr ist auf rund 30.000 Heavy-Metal-Atome, die zu 15 microkelvins (nahe dem absoluten Nullpunkt) gekühlt werden und gefangen in einer Spalte von mehreren hundert pfannkuchenartige Brunnen-an "optisches Gitter"-made von Laserlicht. Ein Laser, der "Ticks" 518 Billionen Mal pro Sekunde führt zu einem Übergang zwischen zwei Energieniveaus in den Atomen. Die Uhr ist eine verbesserte Leistung wurde durch Verbesserungen in der Vorrichtung und der Wechsel in eine andere Form von Ytterbium, deren Kern ist leicht magnetisch aufgrund seiner "spin-Hälfte" Drehimpuls. Dieses Atom ist weniger anfällig für Fehler Schlüssel als die "Spin-Null"-Form von Ytterbium zuvor verwendet haben.

NIST-Wissenschaftler entwickeln fünf Versionen der Next-Generation-Atomuhren, die jeweils mit einem anderen Atom und bietet verschiedene Vorteile. Die experimentellen Uhren alle arbeiten mit optischen (sichtbares Licht) Frequenzen, die höher als die Mikrowellen-Frequenzen in NIST-F1 verwendet werden, und somit kann die Zeit in kleinere Einheiten aufzuteilen, wodurch sich stabiler Uhren. Darüber hinaus könnten optische Uhren 1 Tag, Zeit Standards führen bis zu 100 Mal genauer als die heutigen Mikrowelle Uhren.

Die besten optischen Uhren werden derzeit auf einzelne Ionen (elektrisch geladene Atome), wie die NIST "Logik clock" mit einem Aluminium-Ionen (siehe "NIST" Quantum Logic Clock 'Rivals Mercury-Ion als die genaueste Uhr der Welt ".) Aber Gitter Basis Uhren haben das Potenzial für eine höhere Stabilität, weil sie gleichzeitig durchschnittliche Signale von zehntausenden Atomen. Laufende Vergleiche der Ytterbium Uhr auf, dass der Strontium-Gitter Uhr in der Nähe bei JILA, ein gemeinsames Institut der NIST und der University of Colorado at Boulder, (siehe "Die Zusammenarbeit trägt dazu bei JILA Strontium Atomic Clock 'Best in Class") soll helfen ermöglichen weltweit die Prüfungen der optischen Takt-Leistung mit extrem hoher Präzision. JILA ist an dieser Stelle ist es bei weitem nicht klar, welche Atom-und Clock-Design wird von Forschergruppen auf der ganzen Welt als eine zukünftige Zeit-und Frequenz-Standard gewählt werden.

Advances in Atomuhr Performance Support Entwicklung von Technologien wie hohe Datenrate Telekommunikation und das Global Positioning System (GPS). Optische Uhren bereits heute Rekord Messungen der möglichen Veränderungen in den grundlegenden "Konstanten" der Natur, eine Linie der Untersuchung, die enorme Auswirkungen auf die Kosmologie und Tests von den Gesetzen der Physik, wie Einsteins Theorien der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie hat. Next-Generation Uhren könnten, um neue Arten von Schwerkraft-Sensoren für die Erkundung unterirdischen natürlichen Ressourcen und grundsätzliche Studien über die Erde führen. Andere mögliche Anwendungen können ultrapräzise autonomen Navigation, wie landende Flugzeuge mit GPS.

Last Update: 9. October 2011 21:17

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