Die genaueste Uhr der Welt
Physiker der University of Colorado haben auf der Basis eines einzelnen Quecksilber-Ions eine Atom-Uhr konstruiert, die 20-mal genauer ist, als herkömmliche Atom-Uhren.
Physiker der University of Colorado haben auf der Basis eines einzelnen Quecksilber-Ions eine Atom-Uhr konstruiert, die 20-mal genauer ist als herkömmliche Atom-Uhren. Mit dem Zeitsignal dieser Uhr ließe sich beispielsweise die Genauigkeit bei der Navigation über GPS-Signale erheblich verbessern, denn die präzise Ortung hängt direkt von einer exakten Zeitmessung der Laufzeiten von elektromagnetischen Signalen zwischen Satellit und Erdoberfläche ab.
Die zur Zeit genaueste Uhr der Welt "tickt" etwa 1,064 Billiarden mal pro Sekunde, eine bisher übliche Atomuhr gut neun Milliarden mal. Eingefangen in eine Magnet und Laser-gekühlten Ionenfalle sendet das angeregte Ion einen Lichtimpuls mit der Frequenz von über einem Petahertz aus. Nach Aussage der Forscher sei sie damit schon heute rund 20 mal genauer als eine genormte Cäsium-Atomuhr, die bereits eine Ganggenauigkeit von bis zu einem Zehntel einer Milliardstel Sekunde aufweist. Mit weiteren Verbesserungen des Experiments wollen sie diese Präzision auf den Faktor 1000 steigern.
Die Quecksilber-Ionenuhr nutzt einen schnellen atomaren Übergang zwischen zwei Anregungsniveaus, bei dem ein Lichtstrahl im sichtbaren Bereich des Spektrums ausgesendet wird. "Die Frequenz des Übergangs entspricht etwa 10 hoch 15 Hertz, wobei die Periode einer Schwingung in der Größenordnung einer Femtosekunde (Billiardstel Sekunde) liegt", beschreibt Diddams in der Fachzeitschrift Science (An Optical Clock Based on a Single Trapped 199 Hg + Ion, Scienceexpress-Online, 13.07.2001) das Grundprinzip. Mit einem Laser, der als "optisches Räderwerk" dient, setzen die Forscher die Frequenz in Sekunden um. Die neue Uhr geht erst in 100 Billionen Jahren eine Sekunde falsch.
Eine so genaue Zeitmessung ist allerdings nicht nur ein rein akademisches Rekordstreben. Für ultraschnelle Vorgänge in der Forschung, wie beispielsweise der Ablauf von chemischen Reaktionen auf atomarer Ebene ist eine exakte Uhr von großer Bedeutung. Zudem definiert sich das Längenmaß "Meter" auch über die Dauer einer Sekunde. (Jan Oliver Löfken) / (wst)
