Wie funktioniert eine Atomuhr?
Geschrieben von Richard N Williams on Dezember 5th, 2008
Atomuhren werden weltweit für Tausende von Anwendungen eingesetzt. Von der Steuerung von Satelliten bis hin zur Synchronisierung eines Computernetzwerks mit einem NTP-ServerAtomuhren haben die Art und Weise verändert, wie wir die Zeit kontrollieren und steuern.
In Bezug auf die Genauigkeit ist eine Atomuhr unerreicht. Digitale Quarzuhren können die genaue Zeit für eine Woche behalten und nicht mehr als eine Sekunde verlieren, aber eine Atomuhr kann Millionen von Jahren Zeit behalten, ohne so stark zu driften.
Atomuhren arbeite nach dem Prinzip der Quantensprünge, einem Zweig der Quantenmechanik, der besagt, dass ein Elektron; ein negativ geladenes Teilchen, umkreist einen Kern eines Atoms (das Zentrum) in einer bestimmten Ebene oder Ebene. Wenn es in Form von elektromagnetischer Strahlung genügend Energie absorbiert oder freisetzt, wird das Elektron auf eine andere Ebene springen - der Quantensprung.
Durch Messen der Frequenz der elektromagnetischen Strahlung, die dem Übergang zwischen den zwei Niveaus entspricht, kann der Zeitverlauf aufgezeichnet werden. Cäsiumatome (Cäsium 133) sind für das Timing bevorzugt, da sie in jeder Sekunde 9,192,631,770-Strahlungszyklen haben. Da die Energieniveaus des Cäsiumatoms (die Quantenstandards) immer gleich sind und eine so hohe Zahl haben, ist die Cäsiumatomuhr unglaublich präzise.
Die häufigste Form der Atomuhr, die heutzutage in der Welt verwendet wird, ist der Caesium-Brunnen. Bei dieser Art von Uhr wird eine Atomwolke in eine Mikrowellenkammer projiziert und kann unter der Schwerkraft fallen. Laserstrahlen verlangsamen diese Atome und der Übergang zwischen den Energieniveaus des Atoms wird gemessen.
Die nächste Generation von Atomuhren wird entwickelt und verwendet Ionenfallen anstelle eines Springbrunnens. Ionen sind positiv geladene Atome, die von einem Magnetfeld gefangen werden können. Andere Elemente wie Strontium werden in diesen Takten der nächsten Generation verwendet, und es wird geschätzt, dass die potentielle Genauigkeit eines Strontiumionenfallen-Taktgebers 1000-mal so groß wie die der aktuellen Atomuhren sein könnte.
Atomuhren werden von allen möglichen Technologien benutzt; Satellitenkommunikation, das Global Positioning System und sogar der Internethandel sind auf Atomuhren angewiesen. Die meisten Computer synchronisieren sich indirekt mit einer Atomuhr, indem sie a verwenden NTP-Server. Diese Geräte erhalten die Zeit von einer Atomuhr und verteilen sie über ihre Netzwerke, wodurch auf allen Geräten eine präzise Zeit gewährleistet ist.
Dieser Beitrag wurde geschrieben von Richard N Williams
Richard Williams N ist ein technischer Autor und Spezialist für die NTP-Server und Zeitsynchronisation-Industrie. Richard Williams N auf Google+
