Wie funktionieren optische Uhren?

Wie funktionieren optische Uhren?
Screenshot Video

100.000-mal präziser als eine Atomuhr: Wie funktionieren optische Uhren?

Eine Zeitmessung ist immer ein Vergleich von Bezugspunkten, da es keine direkte Möglichkeit gibt, Zeit anhand von äußeren Einflüssen zu messen, wie etwa die Stromstärke oder die Windgeschwindigkeit. Im Gegensatz zur Sonnenuhr, haben die heutige Atomuhren eine Ganggenauigkeit von 10−15. Bis eine solche Uhr eine Sekunde falsch geht, müssen also rund 31 Millionen Jahre vergehen. 

Doktor Whatson will in seinem neuen Video wissen, wie so eine Atomuhr eigentlich genau funktioniert? Und warum reicht diese Präzision den Wissenschaftler noch nicht? Er ist mit seinem Team nach Braunschweig zur Physikalisch-Technischen Bundesanstalt gefahren und hat sich zeigen lassen, wie die neue Hoffnung der Zeitmessung funktioniert: Optische Uhren.

Quellen:

1 – https://www.spektrum.de/frage/wie-funktioniert-eine-atomuhr/590812
2 – https://physik.fandom.com/wiki/Atomuhr
3 – https://www.timeanddate.de/zeitzonen/utc-gmt-messung
4 – http://www.atomuhr.de/
5 – Die ca. 50% sind indirekt in den monatlichen Berichten zu UTC zu finden, dem circularT: https://www.bipm.org/en/bipm-services/timescales/time-ftp/Circular-T.html

Zum Beispiel im Bericht zum Mai findet man unter Punkt 3 – Duration of the TAI scale interval d, also die Dauer des Skalenintervalls, die Beiträge der verschiedenen Uhren mit den Unsicherheitsbeiträgen und der Gesamtunsicherheit u. Für die PTB Fontänen sind es: 2.1e-16 und 3e-16. Man erkennt schon, dass die anderen Uhren größere Unsicherheit tragen.

Weiter unten findet man in Tabelle 2 die Gesamtunsicherheit (1.3e-16) und die Steuerung, die im wesentlichen der gewichtete Mittelwert der Uhren aus Tabelle 1 ist. Man nimmt normalverteilte Unsicherheiten an, weshalb das Gewicht jeder Uhr 1/u^2 ist. Das Gesamtgewicht ist also (1.3e-16)^-2 und die Beiträge der PTB sind ((2.1e-16)^-2+(3e-16)^-2).

Der Anteil an der Weltzeit ist folglich: ((2.1e-16)^-2+(3e-16)^-2)/(1.3e-16)^-2 = 57 %

6 – https://praxistipps.chip.de/wie-funktioniert-gps-einfach-erklaert_41414
7 – https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/atomuhren/atomuhren/
8 – Precise clocks, Barrett https://www.bloomberg.com/news/features/2019-08-28/the-world-s-most-precise-clock-may-run-on-lutetium-or-ytterbium
9 – „Lichtkämme setzen Maßstäbe“ https://www.mpg.de/14620598/MPF_2020_SP.pdf
10 – https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_4/4.2_bild_und_wellenoptik/Optische_Atomuhren.pdf

Doktor Whatson auf Youtube https://www.youtube.com/channel/UCesjlAoEgN_Sz_cKTvKEmmw

red

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