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Atoomklok
Louis Essen mit Atomuhr
Cäsiumbrunnen Atomuhr FOCS-1 (Schweiz)

EIN Atomuhr ist ein Uhr die sind die grundlage für Zeitmessung nutzt die Schwingungen von Atome. Das Frequenz dieser Schwingungen ist so konstant und unabhängig von der Umgebung, dass die Abweichung einer Atomuhr meist nur etwa 1 . beträgt zweite pro 5 Milliarden Jahr beläuft sich auf[1] (d.h. die Ungenauigkeit beträgt 6 × 10−18).

Die am häufigsten verwendete Atomuhr basiert auf dem Chemisches ElementCäsium. Dies ist nicht verwunderlich, da die zweite durch dieses Element definiert wird. Einige Atomuhren verwenden andere Elemente, wie z Rubidium oder Wasserstoff. Wasserstoff-Maser haben eine hohe Kurzzeitstabilität im Vergleich zu Atomuhren auf Basis von Cäsium.

Allgemeines

Die erste Cäsium-basierte Atomuhr wurde gebaut 1955 entwickelt von britischem Physiker Louis Essen von dem Nationales physikalisches Labor im teddington (in der Nähe von London). Die Entwicklung der Atomuhr markierte das Ende der Nutzung der astronomische Zeit als internationale Zeitskala. Die Frequenz einer auf Cäsium basierenden Atomuhr erwies sich als konstanter als die Rotation des Boden selbst.

Nach Konsultationen der Regierungen aller Länder der Welt wurde 1967 beschlossen, die Definition des zweiten Begriffs zu ändern. Seitdem im SI-System (Internationales Einheitensystem) die zweite definiert als 9 192 631 770 Zyklen der Strahlung, die mit dem Übergang zwischen zwei Energieniveaus von Cäsium-133. Am 1. Januar 1972 wurde eine neue Zeitskala, basierend auf der Atomuhr, eingeführt: Temps Atomique International (TAI). Diese Skala wird verwaltet von der Bureau international des poids et mesures (BIPM) und basiert auf durchschnittlich etwa 200 Atomuhren, die sich hauptsächlich in den Metrologieinstituten der teilnehmenden Länder befinden. Es Van-Swinden-Labor (VSL) zu Delft liefert die Daten an das BIPM für Die Niederlande, das Königliches Observatorium (ROB) im Brüssel macht das gleiche für Belgien.

Mit der Einführung der sogenannten Cäsiumfontänen-Atomuhr durch das SYRTE-Labor der Pariser Observatorium im Jahr 1995[2] die Genauigkeit und Stabilität von Atomuhren wurde stark verbessert. Die Cäsiumbrunnen-Atomuhren (mit einer Ungenauigkeit von 10−15 oder besser) einer Reihe von Metrologieinstituten wie NIST (USA), PTB (Deutschland), NPL (UK) und dem bereits erwähnten SYRTE (Frankreich) dienen heute als primäres Referenznormal und gewährleisten eine genaue Kalibrierung der TAI-Skala. TAI wiederum bildet die Grundlage für koordinierte Weltzeit, dem globalen Zeitstandard. Es ist eine Herausforderung für Wissenschaftler, in Zukunft noch genauere Atomuhren zu entwickeln. Dies geschieht jedoch nicht auf der Grundlage von Cäsium, aber basierend auf anderen Atomen, wie Strontium und Ytterbium.

Am 18. Februar 2010 haben Wissenschaftler aus den USA Nationales Institut für Standards und Technologie (NIST) sind dafür bekannt, die bisher genaueste Atomuhr entwickelt zu haben. Dies hat eine Abweichung von weniger als 1 Sekunde alle 3,7 Milliarden Jahre oder eine Ungenauigkeit von ungefähr 8 × 10−18. Diese Uhr basiert auf dem Element Aluminium.[3][4]

Operation

Mit Hilfe von a Quarz-Oszillator einbiegen in Radiowellen mit einer Frequenz nahe der Frequenz des Atoms erzeugt. Diese Wellen werden durch die Atome geleitet. Wenn die Frequenz der Radiowelle genau der Frequenz des Atoms entspricht, Dämpfung auf den Radiowellen. Indem man nun die Frequenz der Funkwelle in geringem Maße ändert, modulieren, tritt ein Einbruch auf, wenn die Frequenz des Atoms überschritten wird. Die Frequenz des Quarzoszillators wird nun so eingestellt, dass dieser Dip in der Mitte des Frequenzsweeps liegt. Die Frequenz dieses Quarzoszillators ist dann an die des Atoms gekoppelt.

Anwendungen

Eine wichtige Anwendung von Atomuhren für viele Menschen ist die Geographisches Positionierungs System-System. Beliebiges GPSSatellit hat drei oder vier Atomuhren an Bord, die sich in wenigen Minuten befinden Nanosekunden genaue Zeit einhalten. Diese Uhrzeit und die genaue Position des Satelliten werden zusammen mit dem GPS-Signal gesendet. Aus diesen Daten und aus dem Dauer des Signals kann mit vier Satelliten die genaue Position in drei Dimensionen und die Uhrzeit des Empfängers verfolgt werden. Eine weitere Anwendung der Atomuhr ist ein Zeitzeichensender, wie z DCF77 (im Mainhausen Biene Frankfurt am Main in Deutschland, verwaltet von der PTB), die in Westeuropa weit verbreitet zur Synchronisierung verwendet wird Funkuhren, Wecker, Uhren, Bahnhofsuhren, Ampeln, Schalter etc. In der Telekommunikation werden Atomuhren oder deren Derivate wie GPS als stabile Frequenzquelle zur Synchronisation von Netzen verwendet. NTP, das Network Time Protocol, ist ein Beispiel dafür in Computernetzwerken.

Externe Links

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