Transportabler Kryostat für optische Frequenzreferenzen

• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440144856

Unsere Arbeitsgruppe hat Pionierarbeit auf dem Gebiet der kryogenen makroskopischen Frequenzreferenzen geleistet. Darunter versteht man sowohl Ensembles von Atomen, die in einem Kristall eingebettet sind, als auch optische Resonatoren. Die Vorgängerarbeiten sind in den vergangenen Jahren durch mehrere Drittmittelprojekte gefördert worden. Diese Forschungslinien wollen wir weiterentwickeln. Konkret haben wir folgende Ziele:- Weiterentwicklung ultrastabiler kryogener optischer Resonatoren aus Silizium und anderer Materialien für die Frequenzstabilisierung von Lasern.- Entwicklung von Frequenzreferenzen auf Basis von Europium-dotierten Kristallen.- Verwendung des auf einen kryogenen Resonator stabilisierten Uhrenlasers an unserer hochgenauen optischen Neutralatomuhr. Diese ist transportabel. Anschließend werden wir diese, in Kooperation mit Partnern, an zwei auswärtigen Orten aufstellen und Messungen durchführen. Der hier beantragte Kryostat mit dem enthaltenen Resonator dient dabei der Verbesserung der Performance der optischen Atomuhr. Bei der ersten Kooperation geht es um die Weiterentwicklung einer neuen Technik, der relativistischen (Uhrenbasierten) Geodäsie. Bei der zweiten Kooperation geht es um einen Beitrag zur ESA-Mission „ACES“, die planmäßig 2020 zur Internationalen Raumstation (ISS) starten wird und dort für mehrere Jahre betrieben wird. Unsere Atomuhr, in der Fundamentalstation Wettzell betrieben, wird eine Messung der Zeitdilatation im Gravitationsfeld ermöglichen, und den Test neuer satellitengestützter Zeit- und Frequenzmesstechniken.- Untersuchungen zur Machbarkeit von Tests der Lorentz-Invarianz mit höherer Genauigkeit als bisher, sowie Durchführung derselben. Derartige Tests haben wir bereits in der Vergangenheit mit kryogenen Resonatoren durchgeführt, sowie mit Raumtemperaturresonatoren. Mit dem beantragten Gerät eröffnet sich das Potential, in eine neue Präzisionsstufe aufzusteigen. - Untersuchungen zur Machbarkeit von Detektoren für Dunkle Materie auf der Basis von Frequenzreferenzen oder Fluoreszenzzentren. Dabei sollen auch Konzepte für „Materie-gefüllte“ Resonatoren getestet werden.- Verbessertete Tests der Existenz quantenmechanischer Fluktuationen des Raumes.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Transportabler Kryostat für optische Frequenzreferenzen
• Gerätegruppe: 8550 Spezielle Kryostaten (für tiefste Temperaturen)
• Antragstellende Institution: Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
• Leiter: Professor Stephan Schiller, Ph.D.