Vielen Dank.
Es ist eine große Freude für mich, hier zu sein und diese vibrierende Energie zu erleben, die Sie als junge Menschen mitbringen.
Das ist für viele der Grund, in den Schulunterricht zu gehen.
Meine Frau und ich sind jetzt zusammengerechnet rund 80 Jahre in diesem Metier tätig und es macht uns sehr viel Freude.
Boulder ist kein schlechter Ort für unsere Labors.
Wir machen uns ein wenig Sorgen darüber, ob es in fünf oder zehn Jahren noch genügend Nachwuchswissenschaftler gibt.
Und deshalb lautet das Thema, das wir Primarstufenschülern heute üblicherweise vermitteln, wie man am besten lernt.
In Ihrem Fall geht es wohl eher um das Thema, wie man sozusagen einen wissenschaftlichen Geschmack entwickelt
und herausfindet, was interessant wäre zu lernen. Und ich möchte nur einige Beispiele nennen.
Wie Sie vielleicht wissen, feierte der Laser im letzten Jahr seinen 50. Geburtstag.
Und diese Technik hat die Präzisionsspektroskopie ermöglicht.
Ich habe für die Regierungsbehörde gearbeitet, die für Masse, Länge und Zeit zuständig war.
Deshalb hatte diese Technik eine besondere Bedeutung für uns.
Das Auflösungsvermögen hat sich in der Spektroskopie um zehn Größenordnungen verbessert.
Ich prophezeite damals, dass ich in den Ruhestand gehen würde, wenn wir 1 Megahertz erreicht haben.
Und dann haben wir diese Hürde hinter uns gelassen und 1 Kilohertz und dann 1 Hertz
und jetzt einen Wert im Millihertz-Bereich erreicht. Man kann also viele gute Dinge ausprobieren.
Fragen, die mich beispielsweise beschäftigen, wenn ich spazieren gehe, sind: Okay, wir haben also Atome.
Und die Physiker sprechen davon, dass sie identisch sind.
Das verwirrt mich, weil ich denke, dass das Wort "identisch" einen Operator bezeichnet,
der nicht den Vergleich von zwei Dingen bedeutet, sondern eine Sache. Vielleicht ist das Wort "äquivalent" besser.
Dann stellt sich noch die andere Frage: Wie schmal kann die Laserlinienbreite sein?
Die meisten Dinge, mit denen Laserstrahlen hergestellt werden, weisen ein breites Spektrum auf
und sind mit Bewegungen in der Mechanik verbunden.
Vielleicht können wir das mit Kryogenik oder einem anderen Ansatz verbessern. Und was ist mit den Fundamentalkonstanten?
Sind das beispielsweise die Masse des Elektrons oder das Verhältnis zwischen Protonenmassen und Elektronenmassen?
Wir können Uhren bauen, die sich auf verschiedene Dinge stützen. Interne Energien beispielsweise, Atome usw.
Und eine Art von Zeitmessern, an deren Umsetzung ich derzeit arbeite, ist eine Uhr,
die sich auf die Vibration von Molekülen stützt.
Sie wissen ja, dass sich die Masse eines Atomkerns nach der starken Kraft richtet, die für den Zusammenhalt sorgt.
Und wir können die vorhandenen Isotope verändern und das verändert dann die Masse ein kleines bisschen.
Und ein Teil des Teils, bei dem es sich nicht um die Masse der Teilchen handelt, ist die starke Kraft.
Wir hätten also ein Fenster mit einer leicht reduzierten Empfindlichkeit, aber ein Fenster, um herauszufinden,
wie diese Dinge funktionieren. Das könnte also interessant sein. Nicht überall gelten dieselben Werte.
In einer Stadt rund 30 Meilen von uns entfernt macht ein Laden Werbung damit,
dass man bei einem Einkauf dort einen kostenlosen Nobelpreis erhält.
Verkauft werden dort Gewehre, Munition, Sicherheitstechnik und sogar tragbare Tresore.
Einige Jahrhunderte früher gab es nachdenkliche Menschen, die sich mit der Frage der Atome beschäftigten.
Ich nehme an, das geschah, weil man diesen wundervollen Stein zermahlen konnte und herauszufinden wollte,
was das kleinste darin befindliche Teilchen ist.
Genauso wie Atome gibt es in unserem Universum auch schon eine ganze Zeit lang Physiker.
Rabi war vielleicht die Person, die wirklich versucht hat herauszufinden, welche Eigenschaften die Atome haben.
Er schlug vor, einen Atomstrahl mit elektromagnetischen Feldern interagieren zu lassen.
1955 erfolgte eine Demonstration des Resonanzverhaltens.
Dahinter steckte die Vorstellung, dass man über die Messung von Frequenzen mehr Daten erhält.
Und dann sind später so Laser-Enthusiasten wie ich aufgetaucht, die das Ganze dann auf immer höhere Frequenzen ausgedehnt haben.
Und jetzt heißt das neue magische Verständnis Lattice Trapping.
Man sollte also die damit einhergehende Phase messen und die Phase zu unterschiedlichen Zeiten,
beispielsweise zu festgelegten regelmäßigen Zeiten, erfassen. Und dann erkennt man, dass die Mittelwerte attraktiver sind.
Man kann also mehr Informationen pro Sekunde erfassen, als es früher möglich war.
Ich möchte schnell noch etwas zu diesen genauen Atomuhren sagen.
Auf der linken Seite befinden sich die, mit denen Kurt Probleme hatte. Hier war die Nachweisebene.
Und als Orientierung für die Sekunde wählte man 1960 nicht die Erddrehung oder die Erde in der Umlaufbahn,
sondern stattdessen eine gewisse Schwingungszahl von Cäsiumatomen.
Und dadurch ließen sich einige technische Schwierigkeiten überwinden.
Mitte der 1990er Jahre kam die Idee der Nutzung von Lasern für die Atomkühlung auf.
Und das hat dann einige neue Entwicklungen angestoßen. Es brauchte etwas Zeit, bis sich das auswirkte.
Und dann trat die Fontänenuhr auf den Plan. Wir haben dann versucht, optische Uhren zu bauen.
Zunächst hatten wir technische Schwierigkeiten und Konzeptprobleme.
Aber schließlich brachte eine Kombination aus Kühlungs- und besserer Lasertechnik Abhilfe.
Das hier ist also der Punkt, an dem die NIST-Fontänenuhr heute steht, aktuell etwas unter 10^-16.
Hier sehen Sie, was unter Berücksichtigung aller Fehler erreicht wurde,
die in der Ermittlung der Frequenz von Quecksilber+ auftreten können.
Und hier sehen Sie, wo wir jetzt mit dem Strontium-Atom in einem optischen Gitter stehen.
Ich komme gleich konkreter darauf zurück. Auf jeden Fall geht es hier um die Zahlen auf der rechten Seite, also 10^-16.
Wir können also auf zwei Wegen Effekte erhalten, über die es sich nachzudenken lohnt.
Der eine besteht darin, dahin zu gehen, wo sie sind.
Man beobachtet, wo die Berge sind und baut einen Beschleuniger, der diese Energie anregen kann.
Man erhält dann diese Masse und die ist dann eine Femto- oder Exasekunde lang
oder für einen anderen kurzen Moment in unserem Labor.
Die andere Möglichkeit ist eine entfernte Bergkette, weil der Boden dort, wo wir uns befinden, geneigt ist.
Und wenn wir die Streuung messen, haben wir eine 1 durch die Verstimmungsabhängigkeit.
Uns stehen also tatsächlich diese 16 oder 18 Stellen zur Erforschung dessen zur Verfügung, was das Phänomen ausmacht.
Strontium ist wirklich gut und hält hinsichtlich Qualität und Rauschverhalten wirklich den Rekord.
Und wenn wir jetzt von der Frequenz zur Länge kommen,
so wurde in der internationalen Meterkonvention die Verwendung solcher Stangen mit Speziallegierungen festgelegt.
Aber dann kam natürlich die Lasertechnik und es wurde möglich, Sub-Doppler-Peaks zu erzeugen,
die wirklich sehr schmal und stabil waren, sodass ein hohes Rauschverhältnis möglich ist.
Wenn man also eine Wellenlängenmessung im Vergleich zum Standard durchführt - das hier sind die Lasernebenlinien,
das sind die Nebenlinien des Standards - ist wohl klar, welche Richtung man einschlägt.
Selbst mit einem Krypton-Standard könnte man ungefähr 10^-9 erreichen.
Letztendlich wollen wir ja optische Frequenzen messen. Wir beginnen also bei dieser Cäsium-Frequenz, 9.192.631.770.
Es war mal witzig, diese Zahl als Telefonnummer zu wählen. Jetzt gibt es keinen Anschluss mehr unter dieser Nummer.
Aber dennoch könnte der angestrebte Ort dieser Quecksilber-Ionen-Übergang sein. Da ist die Frequenz höher.
Im UV-Bereich ist es ungefähr ein Petahertz. Das Frequenzverhältnis, das wir benötigen, liegt bei 115.000.
Wir müssen also jetzt darüber reden, wie wir das erreichen. 115.000. Und das müssen wir im Bereich von 10^-16 verfolgen.
Das lässt sich also nicht mit irgendeiner analogen Methode mit Winkelmesser bewerkstelligen.
Wir brauchen etwas mit einem Getriebe, einem optischen Drehgeber. Und hier ist die Lösung, die man in Boulder eingeführt hat.
Ken Evenson interessierte sich für diese Laser, die bei den molekularen Übergängen all diese unterschiedlichen Farben erzeugen.
Joe Wells, sein Kollege, stellte fest, dass sie acht Meter lang waren.
Und das braucht man, um eine ausreichende optische Leistung zu erhalten,
damit man einen sekundenharmonischen Prozess umsetzen kann und einen Faktor von zwei erhält.
Und dann denkt man: "Wow, ein Faktor von zwei ist nicht viel, wenn ich doch 115.000 erreichen muss.
Was ist schon dieser winzige Repräsentationsfaktor von zwei? Nun ... Man erhält 64k für ca. 16 Bit. Das sind also 18 Bit oder so.
Das sind also 18 Laser oder 15 Laser, je nachdem, wie ambitioniert man ist, die alle miteinander verbunden werden müssen."
Und genau das haben wir dann gemacht.
Und dieser Meterstab, den ich Ihnen gezeigt habe, war bereits durch eine Wellenlänge ersetzt worden.
Michelson bemerkte, dass das eine gute Sache war, 1,6 Millionen Wellen.
Auf der Ebene der internationalen Zusammenarbeit konnten wir uns als Repräsentanten
der unterschiedlichen Standardlabors nicht darauf einigen, wessen Laser wir für den Längenstandard verwenden sollten.
Einig waren wir uns aber alle darüber, dass die Lichtgeschwindigkeit fundamental ist.
Und nach einigen Verhandlungen am Runden Tisch mit jeweils zwei Vertretern aus 46 Ländern
konnten wir uns schließlich doch einigen.
Aber es stellte sich heraus, dass jedes Land eine Stimme haben würde und damit die Aero-Stäbe nicht berücksichtigt würden.
Wir hatten also diese wirklich kleinen Aero-Stäbe, sodass diese Zahl eigentlich etwas anders hätte ausfallen müssen.
Aber das konnten nur zwei oder drei Labors messen, sodass das schließlich egal war.
Dazu gibt es dann am Ausgang übrigens eine Quizfrage. Da hat also wirklich ein Kulturwandel stattgefunden.
Jetzt haben wir ein System von Einheiten, die so abgeleitet werden können,
dass man die fundamentalen Standards in einem Labor in der Schweiz ebenso gut wie in China oder an irgendeinem anderen Ort der Welt realisieren kann. Das Experiment kann also im Sinne dieser Standardeinheiten ausgedrückt werden.
Und dann ist ein Vergleich möglich, indem man einen Artikel in einer Fachzeitschrift veröffentlicht
und irgendjemand diese Fachzeitschrift liest. Sonst müsste man einen Standard von einem Ort zum anderen transportieren.
Diese mit der Atomphysik verbundenen Standards sind also der eigentliche Schlüssel
zu unserer wissenschaftlichen Gesellschaft in der heutigen Form.
Noch vor zwei Jahrhunderten konnte man Wissenschaft betreiben und sich dann die Frage stellen,
ob das Ergebnis blau oder gelb sein wird, wenn man das zusammenschüttet. Aber diese Zeiten sind definitiv vorbei.
Jetzt versuchen wir dagegen wirklich präzise Zahlen für die Wissenschaft zu erzielen.
Im letzten Jahrzehnt gab es eine spannende Sache - das trifft besonders auf die Gruppe von Professor Hänsch
und unsere Gruppe zu - nämlich diese optischen Frequenzkämme.
Wir arbeiteten also in diesem schönen Gebäude in Boulder. Das Programm lief über einen langen Zeitraum.
Ich erwähnte bereits, dass wir den 50. Geburtstag des Lasers gefeiert haben
und auch ich selbst beschäftige mich jetzt schon seit 50 Jahren mit der Lasertechnik.
In der Zwischenzeit ist ein brillanter junger Kollege herangewachsen, der jetzt das Labor hervorragend führt.
Und im Laufe der Zeit hat das amerikanische Volk und haben deren Eltern und Kinder einige Steuern bezahlt
und die Agenturen aus dem Boden gestampft, die uns Forschungsmittel zur Verfügung gestellt haben.
Etwas, was wir dafür zurückgeben können, ist Wissen.
Okay, wir haben darüber hinaus auch noch drei Kinder zum Genpool beigesteuert. Und wir haben sogar Enkel.
Aber in diesem Gebäude hier haben wir mit acht experimentell tätigen Mitarbeitern begonnen.
Heute haben wir das JILA Institute. Vielleicht haben einige von Ihnen diesen Namen schon einmal gehört.
Und in diesen 50 Jahren haben wir hart daran gearbeitet zu verstehen, wie man wirklich kooperativ zusammenarbeitet,
damit Forschung besonders wirkungsvoll wird. Ich möchte Ihnen jetzt einen Überblick darüber geben, was bisher geschehen ist.
Einige von Ihnen sind mittendrin eingestiegen, einige Ältere unter uns, die heute schon Probleme mit ihren Knien oder Herzen
oder sonst was haben, sind hier gestartet und haben die gesamte Entwicklung des Lasers mitverfolgen können.
Ich habe übrigens diesem Gaslaser nicht so viel Aufmerksamkeit geschenkt,
weil der sechs Tage nach der Geburt des ersten Sohnes von Lindy und mir bekannt gegeben wurde.
Ich hatte also damals gerade ganz andere Interessen.
Aber hier unten geht es um Pulslaser und hier oben geht es um konstante Laser.
Und zunächst schienen sie völlig unterschiedlich zu sein. Wofür wird ein Pulslaser benötigt?
Damit lässt sich eine große Hitze erzeugen.
Man kann beispielsweise Rasierklingen damit verbrennen und ein Karriereziel könnte das Durchbrennen von 137 Rasierklingen sein.
Das ist aber nicht nach meinem Geschmack.
Ich würde mich eher mit dieser Region hier beschäftigen, wo es Frequenzen zu messen gibt, den Stabilisator,
über den ich gerade erzählt habe. Im letzten Jahrzehnt war der interessante Ort genau hier.
Übrigens hatte die Zahl dieser frequenzstabilisierten Laser bis 1997 tatsächlich deutlich zugenommen.
Dies ist die Wellenlängenachse oder hier oben die Frequenz- oder Terahertz-Achse.
Viele verschiedene Systeme, das ist noch lange nicht alles. Das sind nur die, deren Wellenlängen exakt gemessen wurden.
Die Fachliteratur beinhaltet einige bedeutende Dinge, die relativ unbemerkt geblieben sind.
Das Hänsch-Papier von 1978, das Chebotyef-Papier aus derselben Zeit
und dann ein Artikel kurz vor Beginn des neuen Jahrtausends, der ein bisschen umfangreicher war.
Darin wurde diese absurde Idee vorgeschlagen, dass man etwas frequenzscharf messen kann, wenn es zeitscharf ist.
Und aus Ihrer Ausbildung wissen Sie wahrscheinlich genauso gut wie ich, dass das Konjugatparameter sind.
Hat man Frequenzschärfe, kann es keine Zeitschärfe geben.
Aber das hängt einfach damit zusammen, weil wir nicht lange genug nachgedacht haben.
Denn wenn es viele scharfe Impulse im Zeitbereich gibt, ist darin eine Uhr enthalten.
Es ist die Wiederholungsfrequenz, also die Frage, wie viele Radianten der optischen Frequenz in diesen Zeitintervallen vergehen.
Und das zeigt sich dann in Form der Abstände des Frequenzkamms.
Jeder Abstand ist hier so zeitlich so eng, dass seine Fourier-Domäne Frequenzen beinhaltet,
die hier deutlich im optischen Bereich liegen.
Das ist also die Lösung für dieses kleine intellektuelle Rätsel. Die Griechen liebten das Konzept der Atome.
Die Menschen in Kolumbien um Rabi mochten das Konzept der Atome. Ich habe eine Vorliebe für Atome mit optischer Absorption.
Um diese Atomarten mit einfacher Spektroskopie optisch kühlen zu können ... Nun, es ist wirklich ein bisschen komplex,
weil Elektronen einen Spin von 1/2 haben und dieses also Dubletten sind.
In der zweiten Gruppe gibt es eine weitere Kategorie von Atomen, die ich wirklich mag.
Wie bei jeder guten Idee in dieser Welt wurde auch diese von vielen verschiedenen Gruppen zeitgleich vorgestellt.
Das Konzept besteht ursprünglich in einem starken Übergang hier.
Hier geht es um ein System, bei dem zwei Elektronen miteinander verbunden sind und einen Spin von 1/2 + 1/2 gleich 0 ergeben.
Das weist also eine einfache Energiestruktur auf, starke Übergänge, und das heißt,
dass optische Kräfte solche Atome verlangsamen können.
Aber um meine Uhren daraus bauen zu können, träumte ich davon, einen magnetischen Übergang zu verwenden,
der im Millisekunden-Zeitbereich arbeitet und 60 Hertz oder 100 Hertz oder Kilohertz
oder etwas Vergleichbarem dieser Größenordnung entspricht.
Die jüngeren Kollegen schlugen noch eine wesentlich intelligentere Lösung vor, nämlich die Nutzung der Tatsache,
dass sich die Kernspins in einem Dreiersystem auf S=1 summieren. Und so erhalten wir diese Niveaus und dieses J=0.
Sie wissen sicherlich aus Versuchen mit der Clebsch-Gordan-Algebra, dass es dafür kein Matrix-Element gibt.
Und das gilt mit sehr hoher Präzision.
Die einzige Möglichkeit, einen Übergang wie diesen hier zu erhalten, ist eine Art Störimpuls.
Ein hyperfeiner Störimpuls ergibt beispielsweise 100 Sekunden.
Nun, 100 Sekunden, mal sehen, wie viel Zyklen bei einer Frequenz von 5*10^14 verstreichen. Wow, das ergibt jede Menge Zyklen.
Wir müssen das dann nur ein bisschen aufteilen und erhalten tatsächlich eine einigermaßen gute Genauigkeit.
Ich möchte kurz skizzieren, was in dieser "Kamm-Zeit" passiert ist.
Viele verschiedene Ideen kamen zusammen und was tatsächlich passierte, war ... Was ich hiermit eigentlich demonstrieren möchte,
ist die Tatsache, dass ich gerne Neues lerne. Ich hörte einen Vortrag über eine wunderbare Faser.
Und das machte es dann möglich, die Idee weiterzuverfolgen, die Professor Hänsch veröffentlicht hatte.
Im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen der Hänsch-Gruppe und unserer Gruppe gelang es uns dann, dieses System zu entwickeln,
also die Optik- und die Radiofrequenzbereiche miteinander zu verbinden. Das war Anfang 2000.
Bis 2001 gab es bereits 20 Aufsatzveröffentlichungen aus den Standardlabors.
Und vier oder fünf Jahre später wurde dafür ein Nobelpreis verliehen.
Also auch andere Menschen waren von der Bedeutung überzeugt. Für mich war das auf jeden Fall eine wichtige Angelegenheit,
weil ich all die Jahre davor mein berufliches Engagement mit dem Versuch verbracht hatte zu lernen, wie man Frequenz messen kann.
Und dazu waren in der Spitze 15 Mitarbeiter nötig. Und jetzt hatte man etwas gefunden, das man einfach einstöpseln kann.
Und dann geht man einen Kaffee trinken und wenn man zurückkommt, hat man die Frequenz.
Das hängt mit der Magie dieser Faser zusammen.
Der Außendurchmesser ist der gleiche wie bei den Fasern, über die Dr. Wüthrich berichtet hat.
Wir sprechen da grob über die oberen 100 Mikrometer.
Innerhalb dieser Faser befindet sich ein fester Kern mit einigen Luftblasen drum herum.
Das war also wirklich ein solider Stab mit Luftröhren drum herum.
Dann kam noch ein Gehäuse außen herum und das Ganze ist dann so groß wie das hier.
Und dann gibt man das diesen Leuten mit dem Kohlendioxid-Laser und sie erhitzen und dehnen das.
Und zurück erhält man eine Spule mit 20 Kilometern Fasern. Diese Masse wird also auf diese Länge gedehnt.
Das hier wird also immer kleiner und das sind dann nur noch 1,8 Mikrometer im Durchmesser.
Wenn man dort einen starken Laser einführt, wirbelt der die Atome wirklich durcheinander,
weil das elektrische Feld einem Drittel des elektrischen Feldes entspricht, das Atome und Moleküle zusammenhält.
Und an der Spitze erscheint ein rotes Licht und Sie sehen, dass hier diese farbigen Elemente entstehen.
Die Lichtgeschwindigkeit ist eine hohe Zahl, sodass das fast alles gleichzeitig erleuchtet wird.
Und dann stieß ich im Zusammenhang mit einem Quantenelektronik-Treffen auf einen in letzter Minute eingereichten Artikel
und entdeckte das hier. Ich wusste, dass dies 100 Millionen Mal pro Sekunde pulsiert, weil der Laser so oft pulsiert.
Aber all diese Farben waren gleichzeitig vorhanden.
Das musste also wirklich eine Art optischer Kamm sein, der da seinen Anfang nahm.
Charakteristisch für diesen optischen Kamm ist, dass er im Zeitbereich wie Impulse aussieht.
Dann haben wir aber den Zeitbereich vergrößert und Unterbrechungen in der Achse erhalten.
In den Impulsen werden also die vorhandenen optischen Fluktuationen sichtbar.
Das sind einige interessante Details im optischen Bereich, wenn man Frequenzen misst. Sie haben sich schön verteilt.
Es gibt eine selbstsichernde Methode, die von ungefähr 14 Menschen entwickelt
und auch in diesem Fall zeitgleich veröffentlicht wurde. Hier ist also diese Faser.
15 Mitarbeiter in dem Labor, das ich gerade gezeigt habe, haben das umgerechnet und das resultierte in so vielen langen Lasern.
Das integrierte Spektrum, das wir über den Ti-Saphir-Laser einbrachten, wird hierdurch verbreitert.
Es kann jetzt also eine Bandbreite von einer Oktave bilden, Faktor 2 der Bandbreite.
Es handelt sich also sozusagen um eine magische Regenbogenfaser.
Und wenn man dann all den Zauber beiseitelässt und danach schaut, was sich in der Hardware befindet, sieht man,
was diese ganzen Laser ersetzt hat.
Es ist einfach eine Möglichkeit, eine einzige Laserfarbe in eine Million Laserfarben umzuwandeln.
Das ist der Beginn dieser totalen Revolution in der Durchführung der optischen Frequenzspektroskopie.
Ich werde jetzt etwas schneller werden und zusammenfassen, was passiert ist.
Eine unabhängige Gruppe nahm diese Pulslaser als Ausgangspunkt und wollte eine Beschleunigung der Pulsung erreichen.
Deshalb begann man mit Femtosekundenlasern zu experimentieren.
Sie erzielten schmale Impulse und konnten das immer stärker beschleunigen.
Und schließlich waren sie bei ungefähr 100 Megahertz angelangt.
Die Forscher in Boulder, in Novosibirsk und an anderen Orten versuchten dann, die Laser zu stabilisieren.
Schließlich kann man über die Phase dieser optischen Frequenz und sogar über eine Milliradianphase davon reden.
Und eine andere Gruppe interessierte sich für die Aufgliederung aller Arten von linearen Annäherungen.
Die Größenordnung der Nichtlinearität liegt bei einer Million. Das ist also keine geringe Signalerweiterung.
Diese drei oder vier Ansätze führten dann gemeinsam, 39 Jahre nach Erfindung von Lasern, zu einem neuartigen Konzept,
nämlich diesem optischen Kamm. Und der wurde dann in Kooperation zwischen den Teams von Garching und Boulder entwickelt.
Dann passierte es, dass diese Grenze, an der darüber kontinuierliche Laser und darunter Pulslaser erscheinen,
hier unscharf zu werden beginnt und schließlich vollständig verschwindet.
Bei einem optischen Kamm kann man also entscheiden: "Okay, ich spreche also über dieses Phänomen
als diese Femtosekunden-Laserimpulse im Zeitbereich mit dieser Frequenz."
Oder man könnte sich dem auch mit einem Messgerät annähern und sagen:
"Ich möchte wissen, welche Frequenzen darin enthalten sind." Und das muss man dann auflösen und herausfinden,
welche Kammlinien vorliegen. Und dann kommt man zu dem Schluss, dass es vielleicht um die Größenordnung von 1 Million Laser
mit einer Linienbreite im Sub-Hertz-Bereich geht.
Diese konzeptionell gedachte Grenze zwischen Impuls und CW ist also vollständig verschwunden.
Ich möchte noch etwas erwähnen, das auf der Hand liegt, nachdem man es gesehen hat.
Aber man sollte es im Hinterkopf behalten. Worüber wir hier gesprochen haben, ist der Kamm, der in der Frequenz steckt.
Worüber ich Ihnen berichtet habe, ist die Quelle der Impulse im Zeitbereich.
Hier sind einige der Wellenformen zu sehen, die sich addieren. Hier sind fünf solcher Wellenformen.
Und wenn ich das so neu dimensioniere, dass etwas zusätzlicher Platz entsteht, wo die Formen alle phasengleich sind,
ist das größer. Wenn ich also tatsächlich N dieser Wellen habe, erhöht sich die Amplitude um N und die Leistung auf N^2.
Und weil N ungefähr 1 Million Wellen entspricht, die kohärent addiert werden,
beginnt N^2 zu einer interessanten Angelegenheit zu werden.
Und so funktioniert der Schritt von einer geringen Leistung, die sich nicht sehr von der unterscheidet,
die dieser Pointer hier zu bieten hat, hin zu einer Art von Energie, die Atome zerfetzen kann.
Okay, wenn man eine etwas geringere Energie als diese hat, bringt das die Atome dermaßen in Bewegung,
dass sie diese enorme Nichtlinearität erzeugen. Im Gegenzug erhält man dafür allerdings ein kurzes Tastverhältnis.
Man hat also eine Leistung von N^2, aber nur für 1 N-tel. Je mehr Frequenzen man addiert, umso schmaler wird das Ganze.
Es ist also doch nur die durchschnittliche Leistung, die N-mal größer ist als die Komponentenleistung. Das war zu erwarten.
Wenn wir das hier vergrößern, sehen wir diesen grünen Pointer - dieser hier ist möglicherweise nicht ganz frequenzstabil,
aber im Labor habe ich einen, der tatsächlich stabil ist.
Man kann über seine Frequenz reden und seine Frequenz eine Sekunde im Voraus ermitteln.
Und sie hat eine sehr kurze Zeitskala. Es sind 15 Dezimalstellen und zwei Femtosekunden pro Zyklus.
Aber wenn wir uns eine andere Zeitskala anschauen, ist dieses grüne Licht, dessen Schwingungen Sie hier sehen können,
manchmal plus und manchmal minus. Im Wesentlichen bewegt sich das hier auf dieser unteren Skala.
Es ist immer aktiv. So sieht das also aus. Und man sieht nicht, dass das ein oszillierendes Signal ist.
Aber im Labor haben wir Instrumente mit diesem schnelleren Teleskop, sodass wir beobachten konnten,
dass der Laser Impulse mit einer Trennung von beispielsweise einer Nanosekunde abgibt.
Versuchen wir jetzt einmal, diese hier zu vergleichen. Ich habe Ihnen gesagt, dass es mit dieser Faser möglich ist,
für diesen 1 Nanosekunde langen Impuls eine über den optischen Frequenzbereich hinausgehende Energie zu erreichen.
Das sieht also ungefähr so aus.
Das ist gechirpt, weil das Feld tatsächlich so stark ist, dass der Brechungsindex vom Feld abhängt.
Die Komponentenfarben erscheinen also, als ob sie völlig unscharf wären. Aber das ist bei allen Strahlen vollkommen gleich.
Es gibt also eine gewisse Phasenbeziehung zwischen diesem und einem anderen und man sieht hier,
dass die Hüllkurve und diese Trägerschwingungen ... Ich glaube, wir haben hier ein kleines Problem mit diesem Pointer ...
aber auf jeden Fall, dass sie übereinstimmen und man kann daraus schlussfolgern, dass eine Synchronisierung vorliegt.
Die optische Frequenz wird also mit diesen Impulsen synchronisiert, sodass man jedes Mal die gleiche Form erhält.
Ich weiß also, dass es eine harmonische Beziehung zwischen ihnen gibt.
Das ist wirklich erstaunlich, weil man - mit Ausnahme der frühen Zahlen - mit null Wissen beginnt.
Und dann findet man heraus, dass da eine Energiebeziehung besteht.
Dann verändere ich die Wiederholungsrate um ein Millionstel und die Ganzzahl um 1 und dann kann ich das erfassen.
Wenn man das ungefähr dreimal wiederholt, kennt man die Oberschwingung.
Es ist eine Million und am Ende 03 und dann ändert sich das auf 04 oder 02. Das ist also eindeutig.
Und das ist wirklich ... magisch ist vielleicht ein zu starkes Wort, aber das ist ein wirklich wunderbares Instrument.
Also, ich wiederhole das, damit Sie hier mit der richtigen Vorstellung weggehen.
Wenn man repetierende Impulsfolgen hat, erhält man einen Kamm im Zeitbereich und einen Kamm im Raumbereich.
Und die Frequenzbreite einer Kammlinie, wenn man mit Impulsen beginnt. Das hängt davon ab, wie lang man sie misst.
Und wenn man das im Konjugatbereich messen will, hängt die Bandbreite im Zeitbereich von der Bandbreite derjenigen ab,
die man insgesamt kohärent erhalten hat. Das ist also wirklich eine Verbesserung unseres Verständnisses.
Und mir wurde zu einer Zeit etwas über die Fourier-Sachen erzählt,
als die Idee von der Verwendung vieler Impulse noch gar nicht verbreitet war
und wir diesen Herren einen Sprung nach vorne schuldig waren. Ich habe Ihnen also etwas von einem Instrument erzählt.
Es ist genauso gut wie das hier. Es ist mit einer Art von Getriebe ausgestattet, das Mikrowellen und Optik miteinander verbindet.
Es gibt kein ... Möglicherweise gibt es darin leichte Störungen, aber keine Schlupfimpulse.
Es besteht also eine positive Querempfindlichkeit. Das hat wirklich für eine fantastisch gute Zeit gesorgt.
Wir hatten viel Spaß bei der Forschung in München. Ein Außenlabor, wie Sie hier sehen.
Einiges an Papier, das der Diskussion wert ist oder wo man Primärliteratur findet.
Und zum Schluss möchte ich Ihnen noch einige Dinge über einen alten Menschen und seine Karriere erzählen.
Natürlich geht es um meine Laufbahn und die geht zu Ende. Jun Ye kam an Bord.
Und in den zehn Jahren, in denen er jetzt dort tätig ist, sind all die Dinge möglich geworden,
für die man diesen Frequenzkamm verwenden kann.
Zum Teil ist das darauf zurückzuführen, dass er wirklich ein intelligenter Kerl ist.
Zum Teil aber auch darauf, dass es wirklich eine explosionsartige Entwicklung gegeben hat.
Wer hätte geglaubt, dass die Wachstumsrate 50 Jahren nach Erfindung des Lasers gestiegen ist.
Es gibt so viele fantastische Möglichkeiten.
Verkaufen Sie also Ihre Aktien bloß nicht, sie werden sich positiv entwickeln. Hier ist noch etwas Interessantes.
Wie macht man den Laser stabil? Der Grund für die Instabilität war die veränderte Mechanik.
Aber wenn man das in der Mitte befestigt und vertikal fixiert, wird ein Teil durch die Schwerkraft zusammengedrückt
und ein Teil durch die Schwerkraft gedehnt, sodass die Schwerkraft mehr oder weniger aufgehoben wird.
Und schließlich sieht man schmale Linien.
Und um nachzuweisen, dass sie schmal sind, kann man sie von unserem Labor an der Uni zu den NIST-Labors schicken.
Wir haben zwei verschiedene Farben, müssen also Kämme verwenden, um sie vergleichen zu können.
Aber dann erhält man einen Hertz-Schlag und es funktioniert überhaupt nicht. Wen kümmert das?
Nun, die Menschen, die Beschleuniger bauen, kümmert das, Menschen, die all diese Klystrone synchronisieren müssen, kümmert das.
Menschen, die versuchen, Millimeterwellen-Teleskope in Chile zu bauen, kümmert das.
Es ist beeindruckend, wie schnell sie diese Technik aufnehmen. Entsprechende Anfragen kamen ganz schnell auf mich zu.
Und auch dieses 20-köpfige Team, das sich für supergenaue Uhren interessiert, kümmert das ebenfalls.
Man kann ein 10^-7 Frequenzwissen in einer Sekunde übertragen. Das ist einfach erstaunlich.
Dann möchte man Atome mit einer höheren Auflösung untersuchen. Also die ideale Falle für das Atom, das ich Ihnen zeigte.
Es wird Interaktionen bis zu dieser und dieser Ebene geben.
Und das Katori und Kimble zu verdankende Wunder ist, dass es eine Farbe geben könnte, bei der die Interaktionen gleich sind.
Ich möchte diese Stark-Interaktion zweiter Ordnung explizit ansprechen.
Nun, wie Sie bereits bemerkt haben werden, versuche ich hier,
einen üblicherweise einstündigen Vortrag in aller Kürze zu absolvieren. Mit diesem Kamm ist ein einfaches Scannen möglich.
Da geht es nicht um Mittelwertbildung, sondern darum, eine Frequenz in diesen Wert umzuwandeln,
und das wird in Hertz angegeben, 1 Hertz pro 1 Box.
Man ändert also die optische Frequenz um ein halbes Hertz und misst die Übergangswahrscheinlichkeit.
Man ändert dann die optische Frequenz um ein weiteres halbes Hertz und misst das Ergebnis... ja, das ist es.
Ich bin hier nicht die Person, die die Ergebnisse zu verkünden hat.
Aber wenn Sie die Literatur weiterverfolgen, finden Sie spektakuläre Fortschritte aus der Gruppe um Jun.
Ich habe noch eine weitere Minute, okay. Interessant im Zusammenhang mit Molekülen und alten Menschen ist die Tatsache,
dass für sie beide ein gewisses Maß an Diagnostik wünschenswert ist.
Hier sehen Sie einen Studenten, der ganz grün im Gesicht ist. Vielleicht hat er ein Alkoholproblem oder etwas Ähnliches.
Aber Sie sehen das Spektrum dessen, was in ihm ist.
Sie sehen, dass der Körper versucht, diese unterschiedlichen Isotope loszuwerden.
Sie sehen, dass es kulturell schwierig ist, diese multidisziplinäre Forschung finanziert zu bekommen.
Das sind also eine Menge Dinge, über die ich berichten könnte, wenn noch mehr Zeit wäre.
Man kann ein gutes Instrument bauen.
Ich möchte zum Schluss die Chance nutzen, um auf die Menschen hinzuweisen, die diese Arbeit möglich gemacht haben.
Wie kann ich über die Menschen reden, die dies möglich gemacht haben?
Auch das ist wieder eine multikulturelle Angelegenheit. Sie sehen einige asiatische Gesichter und auch junge Gesichter.
Das macht wirklich viel Spaß. Und hier sehen Sie einige der jungen Gesichter in der Schule.
Lindy und ich bringen diesen Kindern etwas Freude. Sie stammen aus Familien, wo die Vorstellung von spielenden Kindern ...
Diese Mädchen waren wirklich total fasziniert von diesem komplizierten Getriebesystem.
Dreht es sich links oder rechts herum? Und da gibt es Bücher für Eltern. Sie erleben wirklich eine fantastische Zeit.
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit und hier sind noch einige Quellenhinweise.