Erster Schritt zu einer Atomkernuhr

Max-Planck-Forscher entwickeln Laserquelle im extrem ultravioletten Licht

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik in Garching haben eine Laserquelle im extrem ultravioletten Licht (XUV) erschlossen, die außergewöhnliche Anwendungen ermöglichen soll, zum Beispiel eine Atomkernuhr die tausend Mal genauer arbeitet als Cäsium-Atomuhren.

Artikel veröffentlicht am 18. Juli 2005, 16:40 Uhr, Jens Ihlenfeld

Erst kürzlich ist es mit so genannten modengekoppelten Lasern, die eine beliebig lange Kette aus extrem kurzen Lichtpulsen emittieren, gelungen, die Schwingungen von sichtbarem Licht erstmals direkt zu zählen. Das eröffnete neue Perspektiven beispielsweise für hochgenaue Atomuhren. Das Frequenzspektrum eines solchen Lasers besteht aus einer langen gleichmäßigen Reihe von schmalen Linien, die man mit den Zinken eines Kamms vergleichen kann.

Vakuumkammer, die das nichtlineare Medium für die Laserexperimente, einen Strahl aus Xenon-Atomen, enthält.

Diese optischen Frequenzkämme ermöglichen es erstmals, zuverlässig arbeitende Atomuhren zu konstruieren, die als Taktgeber einen atomaren Übergang mit optischer Frequenz einsetzen. Damit rückt eine gegenüber den besten Cäsium-Atomuhren tausend Mal präzisere Zeitbestimmung in Reichweite. Denn je schneller der Taktgeber einer Uhr schwingt, desto feiner ist die Unterteilung der Zeit und um so genauer kann eine Uhr arbeiten.

In klassischen Pendeluhren schwingt der Taktgeber etwa ein Mal pro Sekunde, in Quarz-Armbanduhren etwa eine Million Mal, in modernen Cäsium-Atomuhren, die Grundlage der SI-Einheit Sekunde sind, zehn Milliarden Mal und in optischen Atomuhren noch hunderttausend Mal schneller. Eine weitere Steigerung der Taktgeberfrequenz wäre möglich, wenn man statt der Schwingung der Elektronenhülle die Schwingung eines Atomkerns nutzen könnte. Doch das scheiterte bisher, weil es nicht gelang, solche Schwingungen mit ausreichender Präzision zu erkennen und zu zählen.