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Abstract

Frequenznormale mit Atomen, "Atomuhren", finden heute Verwendung in der Metrologie, Präzisionsspektroskopie und Astronomie sowie in technischen Anwendungen, wie beispielsweise der Navigation, Geodäsie, Raumfahrt und der digitalen Kommunikation. Sie sind darüber hinaus wegen ihrer hohen Genauigkeit ein unverzichtbares Instrument zur Bestimmung fundamentaler Naturkonstanten und zur Prüfung grundlegender Theorien wie der Relativitätstheorie und der Quantenelektrodynamik. Die gegenwärtig besten Frequenznormale nutzen atomare Referenzübergänge im Mikrowellenbereich und erreichen nach einigen Stunden relative Genauigkeiten in der Größenordnung von 10^-15. Unlängst wurde in mehreren Experimenten gezeigt, dass ein in einer Falle gespeichertes Ion mit einem Referenzübergang im optischen Spektralbereich eine vergleichbare Genauigkeit schon bei erheblich kürzerer Mittelungszeit liefern kann. Genauigkeiten bis in den Bereich von 10^-18 scheinen möglich zu sein. Eine solche Uhr würde in zehn Milliarden Jahren gerade einmal eine Sekunde falsch gehen. In diesem Artikel betrachten wir einige Aspekte der Physik der optischen Ionenfallen-Frequenznormale und stellen aktuelle Experimente vor.