Präziseste Uhr der Welt 01.12.2016, 11:48 Uhr

Diese Atomuhr geht auf 1,5 Trillionstel Sekunden genau

US-Forscher haben die genauste Atomuhr der Welt konstruiert: Jedes Ticken weicht um weniger als 1,5 Trillionstel vom vorherigen ab. Wie die Wissenschaftler diese Präzision erreicht haben, lesen Sie hier. 

Das ist die genaueste Atomuhr der Welt: Die Abweichung der Tickdauer liegt bei weniger als 1,5 Trillionstel Sekunden.<strong> </strong>

Das ist die genaueste Atomuhr der Welt: Die Abweichung der Tickdauer liegt bei weniger als 1,5 Trillionstel Sekunden. 

Foto: NIST

Optische Atomuhren sind aufmerksame Beobachter: Sie zählen die Schwingungen von Atomen, die ein Laser kontrolliert mit Energie versorgt. In Caesiumuhren ist dabei nach über neun Milliarden Schwingungen gerade mal eine Sekunde vergangen. Präzise funktionieren optische Atomuhren im laufenden Betrieb aber nur dann, wenn sie eine hohe Stabilität haben – wenn jedes Zeitintervall mit dem vorherigen und nachfolgenden möglichst exakt übereinstimmt.

Zeitintervalle weichen maximal 6×10-17 Sekunden ab

In puncto Stabilität ist Forscher Andrew Ludlow vom National Institute of Standards and Technology (NIST) in Boulder ein Rekord gelungen. Bei seiner Atomuhr weichen aufeinanderfolgende Intervalle um maximal 6×10-17 Sekunden voneinander ab. „Das bedeutet, dass die Abweichungen der Tickdauer bei weniger als 1,5 Trillionstel Sekunden liegen“, erklärt Ludlow dem Fachmagazin Nature Photonics. „Damit übertrifft diese Uhr die Genauigkeit unserer Strontiumuhr zwar nur wenig, dafür erreicht sie diese Genauigkeit aber zehnmal schneller.“

Trick: Ludlow hat zwei Atomuhren miteinander gekoppelt

Warum der Gewinn an Geschwindigkeit und Stabilität? Weil Ludlow zwei Atomuhren gekoppelt hat. Zum Einsatz kommen zwei ultrakalte Atomwolken mit 5000 und 10.000 Ytterbium-Atomen, die in einem Gitter aus Laserstrahlen eingefangen sind – ein Zeitintervall entspricht dabei dem Übergang zwischen zwei angeregten Zuständen der Ytterbiumatome. Ludlow hat die Frequenz des Lasers auf die Frequenz des Übergangs zwischen den beiden Energieniveaus abgestimmt.

Atomuhr-Entwickler Andrew Ludlow: Der Forscher hält es für möglich, die Uhren so kompakt zu bauen, dass sie in Satelliten Platz finden.

Atomuhr-Entwickler Andrew Ludlow: Der Forscher hält es für möglich, die Uhren so kompakt zu bauen, dass sie in Satelliten Platz finden.

Foto: NIST

Dank der Kopplung wirkt der Laser abwechselnd auf beide optischen Gitter. Die ununterbrochene Nutzung des anregenden Lasers hat den Vorteil, dass die winzige Frequenzfluktuation des Laserlichts unter ständiger Kontrolle steht. Ludlow: „Wir eliminieren ein kritisches Rauschen beim Betrieb der Atomuhren.“ Damit hängt die Leistung der Uhr kaum noch vom Laser ab, sondern fast ausschließlich von den Atomen selbst. Messungen lassen sich somit noch schneller und präziser durchführen.

Atomuhr soll in Satelliten zum Einsatz kommen

Ludlow hält es für möglich, die Atomuhr in Zukunft so kompakt zu bauen, dass sie in Satelliten zum Einsatz kommt. Mit ihrer Präzision könnte sie Wissenschaftler bei der Erforschung von Einsteins Zeitdehnung, der Dunklen Materie und anderen physikalischen Grundfragen unterstützen.

Fragt sich allerdings, wie lange die Atomuhr aus den USA die genaueste Uhr der Welt sein wird? Denn auch die Ingenieure der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig arbeiten schon an der nächsten Generation und wollen Atomuhren in Sachen Genauigkeit in den Schatten stellen. Wie sie das machen, lesen Sie  hier.

Von Patrick Schroeder

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