Optische Frequenzmetrologie

Die Fortschritte in der Quantentechnologie ermöglichen Frequenzmessungen mit unerreichter Genauigkeit, so dass Frequenzen mit einer relativen Unsicherheit von weniger als einem Teil in 10¹⁸ bestimmt werden können. Diese Genauigkeit macht es möglich, Unterschiede im Geopotenzial der Erde durch die gravitative Rotverschiebung von Uhrenfrequenzen zu bestimmen. Die modernsten optischen Laboruhren haben eine Messauflösung erreicht, die einem Höhenunterschied im Geopotenzial der Erde von 1 cm entspricht, und übertreffen damit die klassischen geodätischen Verfahren. Dies eröffnet Möglichkeiten für einen neuen Zugang zum Geoid und die präzise Verknüpfung physikalischer Höhensysteme über sehr große Entfernungen. Es ebnet den Weg für ein neuartiges Höhenreferenzsystem auf der Grundlage optischer Uhren, das im Vergleich zu den heute verwendeten Ansätzen stabiler, reproduzierbarer, globaler und wartbarer ist. Die zusätzlichen Informationen, die die optischen Uhren liefern, werden unser Verständnis der Erde revolutionieren, einschließlich gesellschaftlich relevanter Phänomene wie Meeresspiegelanstieg, Eismassenverlust, postglazialer Landhebung, Massenbilanz und vieles mehr, insbesondere in Kombination mit Daten von Quantengravimetern.

Die Abteilung Optische Frequenzmetrologie entwickelt optische Uhren für den Betrieb auf der Erde und im Weltraum. Diese Entwicklung zielt insbesondere auf eine Verringerung der Größe, eine verbesserte Energieeffizienz und Robustheit, Temperaturunempfindlichkeit und einen autarken Betrieb ab. Das Projekt InnoVaQ zielt beispielsweise auf die Integration eines Vakuumsystems mit einer Atomquelle in einem kompakten Aufbau als eine Kernkomponente einer zukünftigen, kompakten, optischen Atomuhr.