Quantenlogik-Spektroskopie Auszeichnung für Entwickler der »Aluminium-Uhr«

Prof. Piet O. Schmidt ist seit Januar 2009 Professor für Experimentelle Quantenmetrologie an der Leibniz Universität Hannover und Leiter des QUEST-Instituts in der PTB Braunschweig.

Prof. Piet O. Schmidt, Leiter des QUEST-Instituts in der PTB erhält EFTF-Forscherpreis für die Mitentwicklung einer der derzeit genauesten Atomuhren der Welt.

Schmidt, der das QUEST-Institut (Quantum Engineering and Space-Time Research) in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) seit 2009 leitet, wurde auf der diesjährigen EFTF-Tagung (European Time and Frequency Forum) mit dem »Young Scientist Award« ausgezeichnet. Dieser Preis wird an Forscher unter 40 Jahren vergeben, die auf ihrem Forschungsgebiet Herausragendes geleistet haben.

Schmidt hat zusammen mit Kollegen das Aluminium-Ion gebändigt, das als aussichtsreicher Kandidat für die genaueste Atomuhr galt. Doch es war schwer zu kontrollieren – bis Schmidt mit seinem Team die so genannte Quantenlogik-Spektroskopie entwickelte. Mit deren Hilfe konnte zu Beginn dieses Jahres am National Institute of Standards and Technology (NIST) in Boulder/Colorado die derzeit genaueste Atomuhr der Welt in Betrieb gehen.

Im Wettlauf um die genaueste Uhr der Welt geht es um konkrete Anwendungen: Etwa den Test, ob Naturkonstanten wie die Feinstrukturkonstante variabel sind, oder um die Entwicklung noch besserer Satelliten-Navigations-Systeme. Dabei haben derzeit die optischen Atomuhren die besten Chancen. Galt hier bisher eine Uhr mit Quecksilber-Ionen als das präziseste Messinstrument, muss die Fachwelt spätestens seit Beginn dieses Jahres umdenken: Die Aluminium-Uhr ist da.

»Das Aluminium-Ion hat einen sehr schmalen Uhrenübergang, der sich als besonders resistent gegenüber äußeren Einflüssen gezeigt hat«, erklärt Schmidt. »Das Ion lässt sich aber nur sehr schwer kontrollieren. Wir verwenden dafür Techniken, die auch für den Bau des Quantencomputers zum Einsatz kommen. Dabei wird dem Aluminium-Ion ein gut kontrollierbares Hilfs-Ion zur Seite gestellt, das als eine Art Vermittler dient und sowohl bei der Laserkühlung als auch bei der Messung hilft.«

Diese so genannte Quantenlogik-Spektroskopie wurde von Schmidt und seinen Kollegen am NIST im Jahr 2005 zum ersten Mal realisiert. Schmidts Know-how auf diesem Gebiet prägt jetzt die wissenschaftlichen Schwerpunkte des QUEST-Instituts in der PTB. Und seine Zukunftspläne sind ehrgeizig: Schmidt möchte in Braunschweig eine noch genauere Aluminium-Uhr bauen.