The Quantum Beat. The Physical Principles of Atomic Clocks

The Quantum Beat. The Physical Principles of Atomic Clocks
Von F.G. Major. Springer, Heidelberg 1998. XIV + 475 S., 230 Abb., Hardcover,
DM 88,-. ISBN 0-387-98301-5

In der Geschichte der Menschheit war die Genauigkeit der Zeitmessung immer ein Spiegelbild der technischen Entwicklung. Das Buch gibt in neunzehn Kapiteln einen Überblick über die physikalischen Prinzipien, die den Uhren in den verschiedenen Entwicklungsstadien der Menschheit zugrunde lagen, angefangen bei den Sonnenuhren der alten Ägypter über die ersten mechanischen Uhren bis hin zu Atomuhren auf der Basis lasergekühlter Ensembles, der Messung optischer Frequenzen und der Anwendung von Atom uhren in der Navigation.

Das Buch wendet sich an den Nichtspezialisten und setzt lediglich Grundkenntnisse der Physik voraus. Deshalb werden die zum Verständnis notwendigen physikalischen Grundlagen unter weitgehendem Verzicht auf Mathematik intuitiv und anschaulich erläutert. Leider wird dem Leser, der sich tiefer in die Materie einarbeiten möchte, nur eine dürftige Sammlung von nicht immer aktuellen Originalreferenzen angeboten.
Der Autor konzentriert sich zunächst auf die historischen Entdeckungen von Periodizitäten (Tag, Jahr, ...) für die Zeitmessung und beschreibt dann in historischer Reihenfolge die Wirkungsweisen von mechanischen, Quarz-, Rubidium- und Cäsiumuhren sowie Ammoniak- und Wasserstoffmasern. Hier bringt er seine große Erfahrung vorteilhaft ein. Anschließend werden die Methoden der Ionen-Speicherung und der Laserkühlung beschrieben. Magnetooptische Fallen für neutrale Atome und die Entwicklung optischer Frequenznormale auf der Basis lasergekühlter Atome werden ausgelassen. Der Einsatz lasergekühlter gespeicherter Ionen/Atome in Mikrowellenfrequenznormalen wird für Yb ⁺-Ionen und Cäsium-Fontänen diskutiert. Das anschließende Kapitel über optische Frequenzmessungen beschreibt Methoden der Frequenzstabilisierung von Lasern und grundlegende Verfahren der optischen Frequenzsynthese. Allerdings erscheinen die im Buch dargestellten Messungen im infraroten Bereich angesichts neuerer Messungen sichtbarer Strahlung antiquiert. Frequenzkamm generatoren, die für die optische Frequenzsynthese zunehmend an Bedeutung gewinnen, bleiben unerwähnt. Als Anwendungen der genauen Zeitmessung werden moderne Navigationsverfahren z.B. Loran-C und GPS (Global Positioning System) vorgestellt.
Aufgrund der Vielfalt der Materie und der anschaulichen Darstellung ist das Buch eine interessante Lektüre, die einen guten Einblick in die Welt der Atomuhren liefert, selbst wenn einige Kapitel nicht auf dem aktuellen Stand sind und das Literaturverzeichnis Wünsche offen läßt.
Jürgen Helmcke

Dr. Jürgen Helmcke, PTB Braunschweig

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