Realisierung der Sekunde

Sekundendefinition

Die Sekunde (s) ist das 9 192 631 770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids Cäsium 133 entsprechenden Strahlung.

Realisiert wird die derart definierte Sekunde mit einem Cäsiumfrequenznormal. In einem solchen Gerät wird die Frequenz eines von einem Oszillator generierten Signals mit der Eigenfrequenz der Atome abgeglichen. Da die gewählten Atome sehr stabile Eigenschaften haben, stellen sie eine über die Jahre hinweg reproduzierbare Referenz dar. Die besten Primärfrequenznormale haben heute eine relative Frequenzunsicherheit von 1E-15, was bedeutet, dass zwei solche Geräte in 30 Millionen Jahre einen Unterschied von nur 1 Sekunde akkumulieren würden.

Primärfrequenznormale am METAS

Auf dem Gebiet der Primärfrequenznormale arbeitet METAS mit dem Laboratoire Temps et Fréquence der Universität Neuenburg (vormals Observatoire Cantonal) zusammen. In einem mehrjährigen Projekt wurden Geräte entwickelt, die als weltweit einzige auf einem kontinuierlichen Strahl lasergekühlter Atome basieren.

Die Abbildung zeigt das Vakuumsystem der Fontaine Continue Suisse (FOCS-1), in dem die Cäsiumatome abgebremst und anschliessend als Frequenzreferenz verwendet werden.

Beschreibung der Funktionsweise von FOCS-1 (247 kB)

Kommerzielle Frequenznormale

In sogenannten Primärfrequenznormalen werden sämtliche systematischen Frequenzoffsets einzeln ermittelt und korrigiert. Dies ist in kommerziellen Frequenznormalen nicht möglich. Kommerzielle Frequenznormale liefern zwar eine sehr stabile, aber nicht zwingend genaue Frequenz. Die Frequenz eines kommerziellen Frequenznormals muss kalibriert und somit auf Primärfrequenznormale zurückgeführt werden. METAS unterhält mehrere kommerzielle Cäsiumnormale für die Berechnung der Schweizer Zeitskala UTC(CH) und um zur koordinierten Weltzeit beizutragen.