News | 06.03.2008 | Drucken | Teilen

Atomuhren

Änderungsrate der Feinstrukturkonstante weiter eingrenzt

Forscher des National Institute of Standards and Technology (NIST) verglichen die Frequenzen zweier Atomuhren und erreichen damit eine Präzision, die deutlich über den heutigen Standards liegt. Sie waren nun in der Lage, die mögliche Variation fundamentaler Konstanten mit der Zeit besser zu überprüfen als je zuvor.

Ein Jahr lang verglichen Till Rosenband und Kollegen zwei verschiedene optische Uhren, die jeweils auf einzeln gefangenen Aluminium- und Quecksilber-Ionen basieren. Sie bestimmten das Verhältnis der Frequenzen bis auf 17 Stellen hinter dem Komma und erzielen damit die bislang genaueste Messung. Anhand der zeitlichen Schwankungen der Frequenzen relativ zueinander gelang es den Wissenschaftlern zudem festzustellen, ob sich eine fundamentale Größe, die Sommerfeld'sche Feinstrukturkonstante, im Laufe der Zeit verändert.

Die Messungen von Rosenband und seinem Team deuten darauf hin, dass der Wert der Feinstrukturkonstante sich um nicht mehr als 1,6 Billiardstel von einem Prozent pro Jahr geändert haben kann. Im Rahmen der Fehler ist das Ergebnis im Einklang mit keiner Variation. Die neue Untergrenze für die heutige Änderungsrate der Konstante beträgt fast ein Zehntel früherer Messungen. Einige Arbeiten aus der Astronomie hatten nahe gelegt, dass die Feinstrukturkonstante im Lauf von Milliarden Jahren langsam variierte. Dies hätte radikale Änderungen der Physik zur Folge.

Die beiden verwendeten Atomuhren basieren auf natürlichen Schwingungen in Ionen, elektrisch geladenen Atomen, und würden in über einer Milliarde Jahre weder eine Sekunde vor- noch nachgehen. Die jetzigen Standarduhren schaffen dies nur etwa achtzig Millionen Jahre – sie basieren auf neutralen Cäsium-Atomen und arbeiten mit Mikrowellen. Einsatz finden die präzisen Atomuhren etwa im Synchronisieren von Telekommunikationsnetzen oder bei der Satelliten-Navigation.

Weltweit entwickeln Forscher derzeit Uhren, die auf atomaren Übergängen im optischen Spektralbereich basieren. Bislang ist allerdings noch nicht entschieden, welches Modell und welche Ionen die Grundlage für den nächsten internationalen Standard bilden werden. (mp)
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