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TU Berlin

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Projektversuch P77 – Atomuhr und Laserspek

Versuchsskizze.
Lupe

Die Sekunde ist die Basiseinheit der Zeit im internationalen Einheitensystem (SI). Eine Sekunde das 9 192 631 770-fache der Periodendauer der Strahlung, die dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids133Cs entspricht. Definitionsgemäß ist die Sekunde also das Vielfache der Periode einer Mikrowelle, die mit einem ausgewählten Niveauübergang im Cäsiumatom in Resonanz ist.

Ziel dieses Versuchs ist es einen Oszillator auf den Grundzustands-Hyperfeinstrukturübergang von Cäsium zu stabilisieren. Hiermit wird der Taktgeber, also das „Pendel“ einer Atomuhr zu realisiert. Bei der Durchführung des Versuchs werden wesentliche Methoden der modernen Atomphysik erlernt. Der erste Versuchsteil beschäftigt sich mit dem Kennenlernen der Eigenschaften eines Diodenlasers. Im zweiten Teil werden die optischen Übergänge von 133Cs bei 894 nm mit dem Laser untersucht. Im  anschließenden dritten Teil werden Übergänge zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Cs Grundzustandes mit Mikrowellenstrahlung getrieben und mit dem Laser detektiert. Wird der Mikrowellenoszillator auf den Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von 133Cs stabilisiert entspricht  das 9 192 631 770-fache der Periodendauer des Oszillators einer Sekunde. Durch Vergleichen einer stabilen Referenz mit dem Oszillator wird die Frequenzstabilität der  gebauten Atomuhr ermittelt.

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