Neue Atomuhr: Eine Sekunde in 140 Milliarden Jahren

Ionenfalle für Thorium mit Laser (Bild: Georgia Tech/Corey Campbell)

US-Forscher haben eine Maschine gebaut, welche die Genauigkeit von Atomuhren drastisch erhöhen soll. Statt bisher üblichen Abweichungen von einer Sekunde in einer Million Jahren soll die gleiche Ungenauigkeit erst in 140 Milliarden Jahren erreicht werden.

Was in dem steckt, das gemeinhin "Funkuhr" genannt wird, ist - wenn die Uhr in Deutschland funktioniert - ein Empfänger für den Sender DCF77 der physikalisch-technischen Bundesanstalt PTB. Das Signal dieses Senders wird von der Cäsium-Atomuhr CS2 gespeist, die nach Angaben der PTB nur eine Abweichung von einer Sekunde in einer Million Jahren erreicht.

Obwohl die CS2 vor kurzem aufgerüstet wurde, soll ihre Genauigkeit von einer neuen US-Konstruktion deutlich übertroffen werden. Wissenschaftler der US-Universität Georgia Tech, der Universität von Nevada und der australischen Universität von New South Wales haben sie entwickelt.

Sie setzen dabei auf das Element Thorium, das sie in zwei Isotopen verwenden. Angeregt von einem Laser im Petahertz-Bereich soll dabei nicht mehr ein Elektron wie bei den meisten Atomuhren, sondern ein Neutron zum Schwingen gebracht werden. Die Forscher bezeichnen ihre Konstruktion folglich auch als "nuclear clock" im Gegensatz zur "atomic clock", weil sie den Kern - engl. nucleus - selbst verwenden.

Genauere Positionsbestimmung

Wie meist, wenn so hohe Frequenzen gemessen werden sollen, muss jede andere Bewegung auf ein Minimum beschränkt werden. Daher funktioniert auch die Thorium-Uhr nur im Vakuum und bei Temperaturen nahe null Kelvin.

Genauere Uhren sollen unter anderem die Positionsbestimmung verbessern. Teil von Verfahren wie GPS ist dabei stets die Laufzeit von Funksignalen, die möglichst genau gemessen werden muss. Dazu braucht das gesamte System eine möglichst genaue Zeit als Bezugsgröße. Nach Angaben der Wissenschaftler wird die Arbeit zur Thorium-Uhr demnächst in den Physical Review Letters veröffentlicht.