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

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admin
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Wie bestimmen wir heutzutage eigentlich die Uhrzeit? Nun, mit Atomuhren. Aber wie funktioniert so eine Atomuhr eigentlich genau? Und warum reicht diese Präzision den Wissenschaftler noch nicht? Ich bin mit meinem Team nach Braunschweig zur Physikalisch-Technischen Bundesanstalt gefahren und habe mir zeigen lassen, wie die neue Hoffnung der Zeitmessung funktioniert: Optische Uhren.

This video is also available in English: https://youtu.be/ipikcSpa4Tk

Vielen Dank an Menlo Systems für die Unterstützung bei diesem Video: https://www.menlosystems.com/products/optical-frequency-combs/

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Musik von NOVAH: https://www.youtube.com/user/NovahMedia
Outro-Song: https://spoti.fi/2Wbh1Nw
Weitere Musik von https://artlist.io/

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
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