Links: Exemplarisches Bild eines Quantensensors im Labor; Rechts: Kalte Rubidium Sensoratome, die in einer magnetischen Falle gehalten werden und einen Stoß von einem Stickstoffmolekül aus dem Hintergrundgas erfahren. Als Resultat dieses Stoßes verlässt ein Sensoratom die Falle. Die Verlustrate bei den Sensoratomen kann direkt zur Bestimmung des Druckes des Hintergrundgases verwendet werden.
Beschreibung
Motivation
Aktuelle Verfahren (Ionisationsvakuummeter) zur Messung sehr tiefer Drücke von weniger als 10-9 mbar sind bei Unsicherheiten von mehr als 10 % vergleichsweise ungenau. Darüber hinaus müssen sie regelmäßig kalibriert werden. Der im Rahmen dieses Projektes zu entwickelnde Quanten-Vakuumsensor soll sowohl die Genauigkeit der Messungen verbessern als auch einen kalibrationsfreien Betrieb erlauben.
Ziele und Vorgehen
Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und Erprobung eines Quanten-Vakuumsensors auf der Grundlage kalter Atome. Der grundlegende Vorteil des vorgeschlagenen Konzepts besteht darin, dass Atome unveränderliche Sensorelemente darstellen, die nicht altern, sich nicht abnutzen oder sich bei Gebrauch verändern. Aus diesem Grund werden Atome bereits für moderne Zeit- und Frequenznormale eingesetzt. Die Verwendung von Atomen als Sensoren zur Erkennung von Gasmolekülen im Vakuum und damit zur Messung des absoluten Drucks oder Teilchenflusses bietet eine optimale Lösung für die Probleme der Sensordegradation und des Drifts zwischen Kalibrierungen, die alle anderen Technologien einschränken. Darüber hinaus ist der atomare Sensor nicht auf Inertgase beschränkt, sondern erweitert den Bereich der genauen Vakuummessungen auf alle möglichen Gase.
Innovation und Perspektiven
Der neue Quantensensor wird der erste seiner Art in Deutschland sein und ist weltweit einzigartig in seiner Fähigkeit, gleichzeitig mit zwei Sensoratomen (Rb und K) zu arbeiten. Dieser duale Betrieb wird eine Schlüsselinnovation sein, um eine höhere Genauigkeit und Präzision zu erreichen. Mit diesem Projekt soll ein entscheidender Schritt in Richtung Forschung und Entwicklung eines kommerziell nutzbaren, hochpräzisen Vakuumsensors auf der Grundlage von Quantentechnologie gemacht werden. Der unmittelbare Anwendungsfall des Atomsensors wird der eines Primärdrucknormals sein. Es wird jedoch mit einer breiteren Nutzung gerechnet, da dieser Sensor zum ersten Mal genaue Vakuummessungen für jede Gasspezies ohne das Risiko eines Kalibrierungsdrifts ermöglicht.
