GeoWerkstatt-Projekt des Monats November 2015
Projekt: ITOC - International Timescales with Optical Clocks
Forschende: Heiner Denker, Ludger Timmen, Christian Voigt
Projektidee: Nutzung optischer Uhren zur Neudefinition der SI-Sekunde und Grundlagenforschung
Im Rahmen des vom EMRP (European Metrology Research Programme) geförderten Projekts ITOC haben sich die europäischen metrologischen Institute NPL (Großbritannien, Projektleitung), CMI (Tschechien), INRIM (Italien), MIKES (Finnland), OBSPARIS (Frankreich) und PTB (Deutschland) zusammengeschlossen, um koordinierte Vergleiche von neuartigen optischen Uhren mit einer angestrebten Relativgenauigkeit von 10‑17 – 10-18 durchzuführen und damit maßgeblich bei einer zukünftigen Neudefinition der SI-Sekunde sowie bei entsprechenden internationalen Zeitskalen und physikalischen Grundlagenforschungen mitwirken zu können.
Aufgrund der allgemeinen Relativitätstheorie nach Einstein spielt bei den Uhr(frequenz)vergleichen das Schwerepotential und damit die physikalische Höhe über dem Meeresspiegel eine wesentliche Rolle (relativistische Rotverschiebung), wobei eine Frequenzdifferenz von 10-18 etwa 0.1 m2s-2 Potentialunterschied oder entsprechend 1 cm Höhendifferenz entspricht. Ein wesentlicher Bestandteil des ITOC-Projekts ist ein sogenanntes „Proof-of-Principle“-Experiment zur Messung des Potentialunterschieds mit Hilfe von optischen Uhren zwischen dem INRIM (Turin) und einem unterirdischen Labor (LSM, Modane) im Fréjus-Tunnel zwischen Italien und Frankreich mit einem Höhenunterschied von etwa 1000 m.
Das Institut für Erdmessung (IfE) ist am ITOC-Projekt im Rahmen eines Researcher Excellence Grant (REG) beteiligt und für alle geodätischen Fragestellungen zuständig, wobei insbesondere die Potentialunterschiede sowie die absoluten Potential- und Höhenwerte für die diversen Uhrstandorte zu bestimmen waren. Dafür wurde einerseits das klassische geometrischen Nivellement und andererseits Satellitenpositionierungen (GNSS) und hochauflösende Schwerefeldmodelle (Geoid) genutzt. Die folgenden Abbildungen zeigen einige gravimetrische Vermessungen in der Nähe der Uhrenstandorte, um eine verbesserte Schwerefeldmodellierung zu erreichen. Von besonderer Bedeutung ist dabei das “Proof-of-Principle”-Experiment in Italien, und dementsprechend wurden auch einige gravimetrische Messungen im Fréjus-Tunnel durchgefuehrt.
