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News: Pünktlichkeit ist eine Zier

Atomuhren sind die Zeitmesser schlechthin, schließlich dauert es viele Millionen Jahren, bis sie eine Sekunde falsch gehen. Als ob dies nicht reichte, entwickelten Forscher nun eine Uhr, die viele Milliarden Jahre lang auf die Sekunde genau geht. Und darüber können sich Astrophysiker genauso freuen, wie die Anwender des Global Positioning System.
Schade, aber das neueste Modell aus der Uhren-Kollektion des National Institute of Standards and Technology (NIST) in Boulder ist leider etwas unhandlich und wird kaum die Handegelenke schmücken. Dafür braucht man das raumgroße Stück nicht aufziehen und - was noch besser ist - nur äußerst selten nachstellen. Erst nach 20 bis 30 Milliarden Jahren erklänge der Gong der Tagesschau um etwa eine Sekunde aus dem Takt.

Das ist nicht sonderlich bedeutsam, und sicher nicht der Grund, sich 15 Jahre mit der Entwicklung einer Uhr zu beschäftigen, die eine herkömmliche Atomuhr (Genauigkeit = eine Sekunde pro 15 Millionen Jahre) um ein Vielfaches übertrifft. Die neue Uhr soll vielmehr helfen, beispielsweise das Global Positioning System (GPS) noch präziser zu machen, denn diese Technik beruht in der Messung der Laufzeiten von Satellitensignalen. Vielleicht können Astrophysiker so in Zukunft aber auch die Resonanzen einzelner Atome messen - Resonanzen, die Ausdruck des expandierenden Universums sind.

Jede Uhr besteht prinzipiell aus einem Taktgeber - dem Pendel - und einem Zählwerk - den Zahnrädern des Uhrwerks. In Quarzuhren ersetzt ein schwingender Kristall das Pendel und ein digitaler Zähler die Mechanik des Uhrwerks. Anstelle von einem Pendelschlag pro Sekunde schwingt der Quarz in dieser Zeit genau 32 768-mal.

Offiziell ist die Sekunde seit 1967 auf der Basis des Cäsium-133-Nuklids definiert, dessen elektromagnetische Strahlung genau 9 192 631 770 mal pro Sekunde schwingt. Im Vergleich zu der Neuentwicklung von Scott Diddams und seinen Kollegen ist dies aber eine ziemlich krude Definition, denn die NIST-Uhr misst Oszillationen im Femtosekunden-Bereich. So oft pulst ein continuous-wave-Laser, also einmal im Millionstel Teil einer Milliardstel Sekunde - oder, um ganz genau zu sein, mit einer Frequenz von 1,064 Petahertz.

Stabilisiert wird der CW-Laser von einem einzelnen Quecksilber-Isotop, dessen Energieübergänge die Frequenz des Lasers synchronisieren – es wirkt gleichsam als Schrittmacher. Dann müssen die 1,064 Petahertz des CW-Lasers allerdings noch in niedrigere Frequenzen umgebrochen werden, sie wären sonst nicht zählbar. Dazu dient ein Femtosekunden-Laser, der nicht jeden Impuls des CW-Lasers zählt, sondern nur jeden 100 000sten.

Es wird noch einige Jahre dauern, bis der Zeitmesser wirklich funktioniert. "Das ist jetzt nur eine erste Demonstration", meint Diddoms, der dennoch sicher ist, dass die neue Uhr eines Tages die Sekunde neu definieren wird.

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  • Quellen
Sciencexpress 10.1126/science.1061171 (12. Juli 2001)
ABCNEWS.com

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