Bild:Dali : Zerfliessende Uhren. Zeitmessungen

Transkript

1 Bild:Dali : Zerfliessende Uhren Zeitmessungen

2 Gliederung Einleitung Zeitmessung Theorie Experimentelle Realisierung

3 Möglichkeiten der Zeitbestimmung Riehle 'Frequency standards'

4 Eigenschaften der guten Uhr Präzession Akurat Riehle 'Frequency standards'

5 Etappen der Zeitmessung Jahreszeiten Tageszeiten Mechanische Uhren (Wasser-, Sanduhr) Pendel-Uhr Quarz-Uhr Atom-Uhr Riehle 'Frequency standards'

6 Definition der Sekunde Eine Sekunde ist der Teil eines mittleren Sonnentages Eine Sekunde ist der ,9747 Teil eines Sonnenjahres Ab 1967 Eine Sekunde dauert Strahlungsperioden (Hyperfeinstrukturübergang von 133Cs-Atomen)

7 Die Atomuhr CS2-Atomuhr Zeitgeber für Deutschland und Umgebung

8 Die Atomuhr Allgemeine Funktionsweise Wir brauchen einen Frequenzgeber!

9 Die Atomuhr Allgemeine Funktionsweise Wir brauchen eine Referenzquelle! Frequenzgeber

10 Die Atomuhr Allgemeine Funktionsweise Wir brauchen eine Abfrage! Frequenzgeber Referenz-Quelle

11 Die Atomuhr Allgemeine Funktionsweise Fertig ist die Uhr! Frequenzgeber Referenz-Quelle Uhr

12 Gliederung Einleitung Zeitmessung Theorie Experimentelle Realisierung

13 Theorie Übergangswahrscheinlichkeiten Einstein: Jeder spontan ablaufende Prozess kann stimuliert werden. E=ђ*ω Nolting 'Grundkurs theoretische Physik 5/2'

14 Theorie Beispiel: 2-Niveau-System Anfangsbedingung Endbedingung Zustand 1> Zustand 2>

15 Theorie Was geschieht im Resonator? Das Teilchen reinen Zustand 1> feste Geschwindigkeit Der Resonator feste Länge L Konstantes E-Feld

16 Theorie Was geschieht im Resonator? Das Teilchen reinen Zustand 1> feste Geschwindigkeit Der Resonator feste Länge L Konstantes E-Feld Verweildauer im Resonator: t=l/v

17 Theorie Was geschieht im Resonator? Das Teilchen reinen Zustand 1> feste Geschwindigkeit Der Resonator feste Länge L Konstantes E-Feld Verweildauer im Resonator: t=l/v Rabi-Frequenz: Ω=2μ* E /ђ

18 Schrödingergleichung Theorie Spezialfall: Jaynes-Cummings-Modell Oszillatorisches Verhalten der Zustände - Schwebung

19 Theorie Das geschieht im Resonator! Ω t

20 Theorie Zustand 1> π-puls Zustand 2>

21 Theorie Was geschieht in der Realität? Es gibt eine Geschwindigkeitsverteilung der Teilchen. Halliday,Resnick,Walker - Physik

22 Theorie Was geschieht in der Realität? Es gibt eine Geschwindigkeitsverteilung der Teilchen. => t variiert Halliday,Resnick,Walker - Physik

23 Theorie π-puls Zustand 1> Zustand f>

24 Theorie Lösung des Problems?

25 Theorie Ramsey

26 Theorie Ramsey: 1.Fall genauer π-puls 1> 2> Zeitunabhängiger Eigenzustand

27 Theorie Ramsey: 2.Fall ungenauer π-puls (extrem Fall) 1> 1> Phasenentwicklungszeit: T=Ld/v

28 Theorie Wie sieht das im Detektor aus?

29 Theorie Wie sieht das im Detektor aus? Normaler Pi-Resonator Ramsey-Resonator Major, Fouad 'The quantum beat'

30 Theorie ENDE Start: Technische Realisierung

31 Die Atomuhr Allgemeine Funktionsweise Wiederholung Frequenzgeber Referenz-Quelle Uhr

32 Technische Realisierung Referenzquelle 133Cs-Atome im Grundzustand Voraussetzung: alle Cs-Atome sind identisch aufgebaut

33 Technische Realisierung Referenzquelle 133Cs-Atome im Grundzustand

34 Technische Realisierung Referenzquelle 133Cs-Atome im Grundzustand ΔE~ω

35 Technische Realisierung Referenzquelle 133Cs-Atome im Grundzustand

36 Technische Realisierung Teilchenstrahl Atom-Ofen G l ü h Riehle 'Frequency standards' Kollimator Riehle 'Frequency standards'

37 Technische Realisierung Präparation eines reinen Zustands (z.b. 1>)

38 Technische Realisierung Präparation eines reinen Zustands (z.b. 1>) 1.Magnetfeld

39 Technische Realisierung Präparation eines reinen Zustands (z.b. 1>) 1.Magnetfeld

40 Technische Realisierung Präparation eines reinen Zustands (z.b. 1>) 1.Magnetfeld a> b>

41 Technische Realisierung Präparation eines reinen Zustands (z.b. 1>) 1.Magnetfeld Probleme: Endpunkt ist Fkt. der Geschwindigkeit Magnetfelder schlecht messbar Justierung problematisch Dimensionen groß und schwer

42 Technische Realisierung Präparation eines reinen Zustands (z.b. 1>) 2.Laser

43 Technische Realisierung Präparation eines reinen Zustands (z.b. 1>) 2.Laser Riehle 'Frequency standards'

44 Technische Realisierung Ramsey-Resonator: Riehle 'Frequency standards'

45 Technische Realisierung Ramsey-Resonator: Probleme: Das Durchstimmen der Frequenzen im Resonator wird 'wandernen' Wellen auf den Statischen/Stehenden Wellen erzeugen.

46 Technische Realisierung Ramsey-Resonator: Lösung: NEUE Endstücke Konstante Intensität am Wechselwirkungspunkt

47 Technische Realisierung Detektor: Klassik Zur Nedden - Detektoren in der Elementarteilchenphysik - Kapitel 5 HOT WIRE - Detektor H. Kolanoski, Detectors - 3.Gas Ionisation Detectors (part 1) SS2005

48 Technische Realisierung Detektor: Optik Thomas Braun Riehle 'Frequency standards' Δl=±1 Fluoreszenz - Lichtanregung Photomultiplier

49 Technische Realisierung Gesamtpaket-Atomuhr Klassik Major, Fouad 'The quantum beat'

50 Technische Realisierung Gesamtpaket-Atomuhr Optimierung: Mehr wartungsfreie Teile

51 Technische Realisierung Gesamtpaket-Atomuhr Modern Riehle 'Frequency standards'

52 Technische Realisierung Gesamtpaket-Atomuhr Optimierung: Mehr wartungsfreie Teile Besseres Signal-Rauschverhältnis Längere WW-Zeit

53 Technische Realisierung Gesamtpaket-Atomuhr CS-Fontäne Thomas Braun Riehle 'Frequency standards'

54 Technische Realisierung Gesamtpaket-Atomuhr Cs-Standard vs. CS-Fontäne Major, Fouad 'The quantum beat'

55 Technische Realisierung Gesamtpaket-Atomuhr Optimierung: Mehr wartungsfreie Teile Besseres Signal-Rauschverhältnis Längere WW-Zeit Transportabel

56 Technische Realisierung Gesamtpaket-Atomuhr Rb-Atomuhr Major, Fouad 'The quantum beat'

57 Zukunft - Ausblick Höhere Frequenzen (Optisch Röntgen) Resistenter gegen ext. Einflüsse Kleinere Dimensionen (Armbanduhr)

58 ENDE Vielen Dank für die Aufmerksamkeit