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Zeitmessung: Atomuhren aus Ytterbium

Atomuhr aus Ytterbium
Das chemische Element Ytterbium mit der Massenzahl 174 eignet sich nach Untersuchungen des National Institute of Standards and Technology (NIST) zum Bau außerordentlich genau gehender Atomuhren.

Mit Hilfe gekreuzter Laserstrahlen hatten die amerikanischen Experimentatoren dazu rund eintausend winzige, pfannenkuchenförmige optische Fallen erzeugt , die in Reih und Glied lagen und jeweils etwa zehn Atome enthielten. Die Laser – ein violetter und ein grüner – bremsten und kühlten die Atome. Dann tauchten die Wissenschaftler das Ensemble in gelbes Laserlicht, dessen Wellenlänge sie leicht veränderten. Zugleich legte die Arbeitsgruppe ein schwaches Magnetfeld von ungefähr 1,2 Milli-Tesla an.

Atomuhr aus Ytterbium | Das optische Gitter der Laserstrahlen fixiert eine Anzahl von Ytterbium-Atomen in pfannkuchenförmigen Miniaturfallen. Gelbes Licht regt dann die Atome an, die schließlich resonanzartig zwischen zwei Energieniveaus hin- und herschwingen (blau und gelb).
Mit dieser Kombination gelang es den Experimentatoren, die Atome in einen Zustand anzuregen, der normalerweise als verboten gilt: Bei einer Wellenlänge von 578,42 Nanometern absorbierten die gefangenen Atomen das gelbe Licht nachweisbar. Dessen Frequenz konnten die Experimentatoren auf 20 Hertz genau bestimmen. Damit lies sich die Resonanzbedingung mit einer Güte von 2,6.1013 genau einstellen. Das entspricht der Ganggenauigkeit einer Atomuhr, die nach heutigen Maßstäben in etwa dreißig Millionen Jahren maximal um eine Sekunde verkehrt geht.

Vorteil der neuen Methode ist deren verhältnismäßig einfacher Aufbau. Weil darüber hinaus ein Element als Zeitstandard verwendet wird, dessen Atomkern – mit einer geradzahligen Massenzahl – kein eigenes magnetisches Moment besitzt, entfallen viele komplizierte Korrekturen. Die Wissenschaftler glauben daher, dass sich mit vergleichbaren Elementen wie Strontium, Magnesium oder Kalzium künftig noch genauere Atomuhren konstruieren und sich die Genauigkeit um mindestens einen Faktor 1000 verbessern ließe.

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