Atomkernuhren: Die nächste Generation der Zeitmessung
Mit Atomkernen als Taktgeber sollen diese Uhren die präzisesten der Welt werden. Forscher meisterten diverse Herausforderungen und erlebten nun den Durchbruch.
(Bild: KI, Collage c’t)
Ein Metronom tickt gleichmäßig, verlässlich, ohne Hast: tok, tok, tok, tok. Jeder dumpfe Schlag gibt Musikern Halt. Doch ein besonderer Takt sticht unter der Vielzahl der Möglichkeiten hervor. Es ist ein ruhiges Larghetto von 60 Schlägen pro Minute – der Takt einer Uhr. Wer genau hinhört, wird aber feststellen, dass ihr Takt keineswegs perfekt ist. Nach wenigen Wochen weichen günstige Uhren bereits um mehrere Minuten voneinander ab.
Nicht so die Atomuhr. Auch sie folgt einem Takt, jedoch einem sehr viel schnelleren. Exakt 9.192.631.770-mal tickt sie pro Sekunde. Dadurch geht diese Uhr in 130 Millionen Jahren um höchstens eine Sekunde falsch. Ihr Takt ist jedoch weder mechanisch noch akustisch, sondern elektromagnetisch – das Resultat winziger Elektronensprünge in der Atomhülle.
- Seit Jahrtausenden messen Menschen mit periodischen Ereignissen die Zeit. Je regelmäßiger und schneller sich diese wiederholen, desto präziser die Uhr.
- Heutige Atomuhren nutzen Elektronenübergänge im Atom, um die Zeit zu messen und zu definieren. Diese Uhren würden seit Beginn des Universums nur um 100 Sekunden falsch gehen.
- Uhren auf Basis von Übergängen im Atomkern könnten selbst die besten Atomuhren um ein Hundertfaches schlagen. Forscher haben nun viele Hindernisse gemeistert und den ersten Prototypen vorgestellt.
Doch es geht noch genauer. Physiker wie Ekkehard Peik von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig und Jun Ye von der University of Colorado Boulder richten ihren Blick noch tiefer ins Atom hinein: in den Atomkern. So wollen sie eine Uhr erschaffen, die selbst die Präzision der Atomuhr um Größenordnungen schlägt. Im September 2024 war es so weit. "Die Essenz einer Uhr ist ihr Ticken", erklärt Ye, "und wir haben erstmals das Ticken eines Atomkerns gemessen. Es ist der Prototyp der ersten Kernuhr der Welt."
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