CäsiumÜbergangszeit

CäsiumÜbergangszeit ist ein Begriff, der in der Physik informell verwendet wird, um die charakteristische Zeitspanne zu beschreiben, über die Übergänge von Cäsiumatomen zwischen Energiezuständen laufen. Am häufigsten bezieht sich der Ausdruck auf das Cs-133-Atom und insbesondere auf die Hyperfein-Übergangsregime im Grundzustand, das die SI-Sekunde definiert.

In der Praxis können mit dem Begriff verschiedene Zeitgrößen gemeint sein. Dazu gehören die Lebensdauer angeregter Zustände, d. h. die spontane Abklingzeit optischer Übergänge wie der D-Übergänge (6P1/2/3/2) in Cäsium, die typischerweise im Bereich von einigen Dutzend Nanosekunden liegen. Ebenso umfasst der Begriff die kohärente Übergangszeit oder Rabi-Oszillationen, die entstehen, wenn eine äußere Feldstärke einen Übergang zwischen Zuständen anregt. Schließlich spielt in der Praxis der Interrogationszeit-Parameter eine Rolle, etwa die Ramsey-Interrogationszeit T, die während der Messung der Hyperfeinfrequenz genutzt wird; längere T-Werte verbessern die spektrale Auflösung, sind aber durch Kohärenz- und Umweltfaktoren begrenzt.

Das Cs-133-Hyperfein-Übergangsfrequenzproblem ist zentral für die Zeitmetrologie. Der Frequenzwert des Hyperfeinübergangs beträgt exakt 9,192,631,770 Hz, was den zweiten definiert, und daraus folgt eine periodische Zeit von etwa 0,109 Nanosekunden. In der Praxis des Uhrbetriebs werden jedoch Interrogationszeiten von Millisekunden bis zu Hunderten von Millisekunden verwendet, um eine höhere Frequenzgenauigkeit und -stabilität zu erreichen; diese Zeitfenster stehen im Zusammenhang mit dem Fourier-Limit Δν ≈ 1/(2T) und den technischen Rauschquellen.

Hinweis: Der Ausdruck ist kein fest definiertes physikalisches Standardmaß, sondern bezeichnet je nach Kontext unterschiedliche zeitliche Größenordnungen rund um Übergänge in Cäsium.