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Tragbare Atomuhr

31.01.2022

Die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) des US-Verteidigungsministeriums gab die Suche nach Partnern für die Entwicklung einer tragbaren optischen Atomuhr bekannt. Sie müssen hundertmal besser sein als die genauesten tragbaren Uhren von heute.

Heute sind Atomuhren die genaueste Art, Zeit zu messen. Ihr Funktionsprinzip beruht darauf, dass jedes Atom Photonen nur mit bestimmten, für es resonanten Frequenzen aussenden und absorbieren kann. Atomuhren sind Mikrowellen und optisch. Erstere kommen unter anderem in GPS-Satelliten zum Einsatz, deren Daten das Militär bei vielen Einsätzen nutzt. Die Mikrowellen-Atomuhr basiert auf einem auf die Übergangsfrequenz im Atom abgestimmten Mikrowellenresonator. Sie ermöglichen es Ihnen, die Zeit in Sekunden mit einer Genauigkeit von 16 Dezimalstellen zu messen. Ihre Genauigkeit ist durch die Fähigkeit begrenzt, Abweichungen von mehreren zehn Mikrohertz in der gewünschten Resonanzfrequenz zu messen und zu steuern.

Optische Atomuhren verwenden standardmäßig Übergänge in Atomen, die zum Auftreten von Photonen mit einer Frequenz im optischen Bereich führen. Ihre Resonanzfrequenz ist teilweise 100-mal höher als die ihrer Mikrowellen-Vorgänger. Dadurch kann eine höhere Stabilität erreicht und der relative statistische Fehler bei der Zeitbestimmung um das Hundertfache, also bis zu 10 bis minus 18 Grad, reduziert werden.

Aber von der Größe her benötigen optische Atomuhren heute meist einen separaten Raum im Labor. Darüber hinaus handelt es sich um sehr komplexe Geräte, und Wissenschaftler korrigieren ihre Arbeit.

Das Militär ist an zwei Arten von Prototypen für unterschiedliche Arten von Missionen interessiert. Die erste Uhr muss weniger als fünf Kilogramm wiegen, weniger als 25 Watt Strom verbrauchen, 10 Tage lang autonom funktionieren und beständig gegen Geschwindigkeits-, Vibrations- und Temperaturänderungen sein. Letztere Bedingung ist notwendig, damit sie auf Luft- und Weltraumplattformen wie taktischen Flugzeugen und Satelliten operieren können. Das Gerät muss hundertmal genauer sein als die genaueste tragbare Uhr.

Die zweite Uhr muss weniger als 200 Kilogramm wiegen und weniger als 400 Watt verbrauchen. Sie sind für stabilere Plattformen wie Schiffe oder Landbasen gedacht. Sie sollen einen Monat ohne manuelle Anpassungen auskommen.

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