Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig hat eine vierte Cäsium-Atomuhr in Betrieb genommen, die ab Ende dieses Monats bei der Bestimmung der Koordinierten Weltzeit berücksichtigt wird. Die neue Uhr ermittelt die Zeittakte über eine Fontäne aus Cäsiumatomen, dadurch geht sie in 40 Millionen Jahren höchstens eine Sekunde falsch. Die Uhr mit dem Namen CSF2 ergänzt die beiden Cäsiumstrahl-Uhren der Bundesanstalt, die bereits seit mehreren Jahrzehnten laufen, sowie die Cäsiumfontänen-Uhr CSF1, die erst seit einigen Jahren arbeitet.

Cäsiumfontänen-Uhren
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(Ausschnitt)
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Im Inneren der Atomuhren wird mit Hilfe von fliegenden Zäsium-Atomen die Länge einer Sekunde ermittelt. Besonders die neue CSF2 (vorne) soll die Genauigkeit der Weltzeit verbessern.
Wie ihre Vorgängermodelle ermitteln die Fontänen-Uhren ihren Takt anhand der Resonanzfrequenz von Cäsium-Atomen. Allerdings messen sie diese exakter, da die Atome mit der neuen Technologie stärker abgebremst werden. Dabei werden sie durch Laserlicht auf eine Temperatur nahe des absoluten Nullpunkts abgekühlt, bis sie sich nur noch mit wenigen Zentimetern pro Sekunde bewegen. Die entstehende Wolke aus Cäsiumatomen wird dann nach oben beschleunigt, so dass die Atome wie Wassertropfen in einer Fontäne hochsteigen und nach knapp einem Meter wieder herunterfallen. Während dieses Fluges verursachen Mikrowellen, deren Wellenlänge auf die Resonanzfrequenz der Atome eingestellt wird, beim Cäsium einen Quantensprung.

Diejenige Wellenlänge, die bei einem Maximum der Atome einen Quantensprung hervorruft, verwenden die Physiker zur Zeitmessung: etwa neun Milliarden Schwingungen entsprechen nach dem Internationalen Einheitensystem genau einer Sekunde. Die "Atomsekunden" wiederum definieren die Koordinierte Weltzeit, die die Grundlage für die weltweiten Zonenzeiten bildet. Bisher ermittelten insgesamt zwölf besonders genaue Cäsium-Uhren aus sieben Zeitinstituten die Weltzeit, die im Internationalen Büro für Maß und Gewicht in Frankreich zusammengefasst wird. Dank der neuen Uhr teilt sich die Bundesanstalt in Braunschweig nun mit dem französischen Zeitinstitut nun die Spitzenposition bei der Zeitbestimmung. Exakte Zeittakte spielen besonders für GPS-gestützte Navigationssysteme, die Astronomie und die Erdvermessung eine entscheidende Rolle. (jvs)