21.04.2020

Am Puls der Atomuhr

Metrologie-Netzwerk soll Stationen quer über Europa mit ultrapräzisen Zeitsignalen verbinden.

Physiker und Geodäten der Universität Bonn sind am groß angelegten Forschungs­projekt „Clock Optical Network Services – Design Study“ (CLONETS-DS) beteiligt. Es geht um eine Design­studie für ein zukünftiges Netzwerk zur Verteilung hochgenauer optischer Frequenzen und Zeitsignale. Die ultrapräzisen Signale sollen zum Beispiel eine verbesserte Synchronisierung von Mess­stationen etwa für die Astronomie und die Beobachtung des Klimawandels ermöglichen. Die Europäische Union fördert das Vorhaben in den nächsten zwei Jahren mit rund drei Millionen Euro. 
 

Abb.: Hochgenaue Atom­uhren speisen Laser­licht in ein Glasfaser-Netzwerk und...
Abb.: Hochgenaue Atom­uhren speisen Laser­licht in ein Glasfaser-Netzwerk und verbinden so große europäische Forschungs­zentren miteinander. (Bild: S. Schröder / U. Bonn)

Die Beteiligung der Universität Bonn ist in zweierlei Hinsicht ungewöhnlich. Das Konsortium besteht nahezu ausschließlich aus europäischen nationalen Metrologie-Instituten sowie hoch­spezialisierten Firmen. „Dass wir als Universität hier einen Fuß in die Tür bekommen haben, ist ein großartiger Erfolg“, sagt Simon Stellmer vom physikalischen Institut der Universität Bonn. „Außerdem ist dies ein Paradebeispiel für die hervorragende inter­disziplinäre Zusammen­arbeit an der Universität Bonn.“

An dem Projekt beteiligt sind Jürgen Kusche vom Institut für Geodäsie und Geoinformation, Dieter Meschede (Quanten­technologie, Institut für angewandte Physik) und Simon Stellmer (Quanten­metrologie, physikalisches Institut). Sie gehören zu den trans­disziplinären Forschungs­bereichen (TRAs) „Bausteine der Materie und grundlegende Wechselwirkungen“ sowie „Innovation und Technologie für eine nachhaltige Zukunft“ der Universität Bonn.

Zukünftig sollen der Wissenschaft ultrapräzise Zeit- und Frequenz­informationen durch eine gemeinsame europäische Forschungs­infra­struktur bereitgestellt werden. Bereits jetzt wird Laserlicht über ausgewählte Glas­faser­verbindungen quer durch Europa geschickt, in Zukunft soll die Frequenz dieses Lichtes durch mehrere Atomuhren aber auf 18 Stellen nach dem Komma genau festgelegt werden. Nutzer könnten dann – ähnlich wie bei der Schwingung einer Pendeluhr – daraus eine Zeitskala ableiten, die überall in Europa exakt genau gleich ist und zur Synchronisierung von lokalen Atomuhren dient.

Eine noch exaktere Zeitbestimmung würde zum Beispiel für eine höhere Genauigkeit bei Navigations­systemen sorgen. „Sie wäre, bei Ausnutzung relativistischer Effekte, auch für die Vermessung des Erd­gravitations­feldes und die Erfassung des Klimawandels – abschmelzende Gletscher und steigende Meeresspiegel – sowie für die Radio­astronomie wichtig“, sagt Kusche.

Die Wissenschaftler der Universität Bonn engagieren sich in der Entwicklung der wissenschaftlichen Anwendungen und dem Erkenntnis­transfer zu Wirtschaft und Politik. Von den rund drei Millionen Euro, die die Europäische Union für das Projekt in den nächsten zwei Jahren bereitstellt, fließen rund 230.000 Euro an die Universität Bonn.

Das Internet-Verbindungs­netzwerk GÉANT (deutsch: „Gigant“) koordiniert das Projekt CLONETS-DS, an dem zahlreiche Wissenschaftler aus Deutschland, Polen, Frankreich, Italien, Tschechien, Spanien und dem Vereinigten Königreich beteiligt sind. Die anderen deutschen Projekt­partner sind die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, die TU München sowie das Unternehmen Menlo Systems. 

U. Bonn / DE
 

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