Einzigartige transportable Instrumente
QuantumFrontiers hat die Verfügbarkeit und Robustheit der Quantenmetrologie so verbessert, dass Präzisionsmessungen für kritische Anwendungen in der Geodäsie und Umweltsensorik in größerem Umfang eingesetzt werden können. Die Forschenden von QuantumFrontiers haben Pionierarbeit bei der Entwicklung transportabler optischer Uhren geleistet, die heute eine noch nie dagewesene Messgenauigkeit (< 10-17) erreichen. Sie wurden kürzlich zur Bestimmung des Höhenunterschieds zwischen der PTB in Braunschweig und dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching eingesetzt. Die über 940 km Glasfaserkabel verbundenen Stationen wurden mit einer rekordverdächtigen Unsicherheit von nur 24 cm vermessen [3]. Ergänzend zu den Uhren haben die Forschenden von QuantumFrontiers das weltweit einzigartige transportable Quantengravimeter QG-1 entwickelt und optimiert. Es basiert auf einer Atomchip-Bose-Einstein-Kondensat-Quelle für hochgenaue Beobachtungen, war über eine Woche lang im Dauerbetrieb und erreichte dabei eine Genauigkeit von unter 10 nm/s2 [4, 5].
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Jan Hosan / LUH
Auf dem Weg zu universellen Sensoren
Im Bereich der interferometrischen Entfernungsmessung zwischen verschiedenen Raumsonden konnten QuantumFrontiers-Forschende Synergien mit der LISA-Mission nutzen und ein optisches Interferometer für die Satellitenmission Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO) entwickeln [6]. Die Forschenden leiteten die Instrumentenentwicklung [7] für die bevorstehende MAGIC-Mission (Mass-Change and Geosciences International Constellation). Dazu gehörten neuartige Verfahren zur Bestimmung der Laserfrequenz [8], ein neuer optischer Sensorkopf für die Trägheitsmessung mit mehreren Freiheitsgraden [9] und verbesserte Lösungen für die Messung von Testmassen und Beschleunigungswerten [10]. Eingesetzt wurde GRACE-FO für die Untersuchung des globalen Wasserkreislaufs [11]. Eine Erweiterung dieser Erfolgsgeschichte in Richtung Umweltmetrologie ist die Expertise von J. Daniel Prades, der als Alexander-von-Humboldt-Professor an die TU Braunschweig berufen wurde. Er treibt die Aktivitäten des Exzellenzclusters im Bereich der universellen Metrologie durch die Entwicklung innovativer Sensorkonzepte voran und hält Leistungsrekorde bei chemischen Sensoren ohne Stromverbrauch, miniaturisierten Nanoheizungen und Mikro-LEDs, die für hochlokalisierte Bestrahlung optimiert sind [12-14].
Dieser Artikel ist Teil einer Serie über die Erfolge von QuantumFrontiers
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Daniel Prades
Publikationen
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Literaturliste
[1] A. Vincent, J. Müller. Detection of time variable gravity signals using terrestrial clock networks.
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In: J.T. Freymueller, L. Sánchez (eds.) Gravity, Positioning and Reference Frames. REFAG 2022. IAG Symposia, vol 156. Springer, Cham. doi:10 . 1007/1345 _ 2023 _ 220 (2023).[3] J. Grotti, I. Nosske, et int, C. Lisdat. Long-distance chronometric leveling with a portable optical clock.
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Physical Review Letters 127. doi:10.1103/physrevlett.127.100401 (2021).[5] J. Kirsten-Siemß, F. Fitzek, et int, K. Hammerer. Large-Momentum-Transfer Atom Interferometers with μ rad-Accuracy Using Bragg Diffraction.
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