ETH entwickelt für die Forschung Methode zur präzisen Zeitmessung

Die ETH hat einen neuen Ansatz zur präzisen Zeitmessung von Experimenten entwickelt. Die Versuche können damit bis zu hundertmal genauer durchgeführt werden.

Die «Hüterin der Masseinheiten für die Schweiz», das Eidgenössische Institut für Metrologie (Metas), beliefert unter anderem die Forschung mit der genauen Zeit. - sda - Keystone

Das Wichtigste in Kürze

Viele Experimente setzen voraus, dass die Zeit präzis gemessen werden kann.
Die ETH Zürich hat dazu einen neuen Ansatz entwickelt.
Nun können Messungen mit der Atomuhr in Bern vergleicht werden.

Die ETH Zürich hat einen neuen Ansatz entwickelt, um die Frequenzmessung im Labor direkt mit der Atomuhr in Bern zu vergleichen. Das ermöglicht, gewisse Experimente mit einer bis zu hundertmal höheren Genauigkeit durchzuführen.

Viele wissenschaftliche Versuchsanordnungen setzen voraus, dass die Zeit mithilfe einer klar definierten Frequenz mit hoher Präzision gemessen werden kann. Dafür wird entweder eine spezielle Leitung eingerichtet, auf der das Signal verschickt wird oder man nutzt zur Übermittlung die bestehende Infrastruktur der Telekommunikationsanbieter. Die erste Variante ist teuer, die zweite ungenau, weil die Übermittlung durch den übrigen Datenverkehr gestört wird.

Netz von Switch wird verwendet

«Wir haben nun einen dritten Weg entwickelt», erläutert Fabian Mauchle, Projektverantwortlicher bei der Stiftung Switch, die das akademische Datennetz der Schweiz betreibt: Um Kosten tief zu halten, wird das bereits existierende Netz von Switch benutzt.

Übermittelt wird aber nicht im C-Band, das durch den Datenverkehr bereits stark belegt ist, sondern auf dem noch weitgehend freien L-Band, das eine abweichende Grundfrequenz hat.

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Die Resultate zeigen nun gemäss einer Mitteilung vom Donnerstag, dass auch im L-Band das Referenzsignal mit einer sehr guten Qualität übermittelt werden kann. Um die Störung durch den Datenverkehr zu vermeiden, hat Switch gewisse Modifikationen an der Netzinfrastruktur vorgenommen.

Es wurde ein Versuchsnetz aufgebaut, das den Sitz des Eidgenössischen Instituts für Metrologie (Metas), der «Hüterin der Masseinheiten für die Schweiz» in Bern-Wabern, mit der Universität Basel und der ETH Zürich verbindet.

Ausgangssignal wird nach Basel und Zürich übermittelt

Das Ausgangssignal, das über ein ausgeklügeltes Verfahren mit der Atomuhr von Metas synchronisiert wird, wird dabei über das Glasfasernetz von Switch nach Basel und Zürich übermittelt. Dort können es die Forschenden dann zum Kalibrieren ihrer Messgeräte verwenden.

Um die Präzision hochzuhalten, wird die Übertragung laufend nachjustiert. «Bereits kleinste Längenveränderungen des Glasfaserkabels, etwa durch Erschütterungen oder Temperaturveränderungen, wirken sich auf die Frequenz aus.» Das erläutert Jacques Morel, Leiter des Labors Photonik, Zeit und Frequenz bei Metas. Deshalb wird das Signal nach Bern zurückgespiegelt, wo das Ausgangssignal dann entsprechend korrigiert wird.

In einem nächsten Schritt geht es nun darum, das Netz weiter auszubauen und auch andere Institutionen in der Schweiz anzuschliessen, etwa das Cern in Genf, die EPFL oder die Universität Neuenburg. Auch auf internationaler Ebene wird eine Vernetzung angestrebt. Ziel ist es, einen länderübergreifenden Verbund aufzubauen, mit dem die Signale von verschiedenen Atomuhren miteinander verglichen werden können.