Premiere beim Thema Atomuhren

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Atomuhren sind schon länger ein Begriff. Jetzt ist Forschern ein entscheidender Schritt zu noch höherer Präzision gelungen. Die TU Wien präsentiert zusammen mit internationalen Partnern die erste Atomkern-Uhr.

(red/czaak) Letzten April hatte die TU Wien bereits einen Erfolg verlautbart. Einem Team rund um Thorsten Schumm war es erstmals gelungen, einen Atomkern gezielt mit einem Laser von einem Zustand in einen anderen Zustand umzuschalten. Das ist ein Effekt, der sich auch für Hochpräzisions-Messungen nutzen lässt. Nun konnte dieser sogenannte Thorium-Übergang in der Praxis angewandt werden. TU Wien und der US-Uni JILA/NIST gelang es dabei, eine hochpräzise optische Atomuhr mit einem Hochenergie-Lasersystem zu kombinieren und sie erfolgreich mit einem Thorium-Kristalle enthaltenden Atomkern zu koppeln.

Diese Thorium-Atomkerne können als eine Art Taktgeber genutzt werden, der die Uhr noch exakter laufen lassen. Im finalen Ergebnis ist damit die erste Atomkern-Uhr der Welt da. Noch liefert sie keine höhere Präzision als eine gewöhnliche Atomuhr, aber das war hier auch noch nicht das Ziel. „Dieser erste Prototyp belegt, dass Thorium als Taktgeber für ultrahochpräzise Messungen verwendet werden kann. Der Rest ist technische Entwicklungsarbeit, bei der keine großen Hindernisse mehr zu erwarten sind“, sagt Thorsten Schumm. Das Projekt Atomkern-Uhr wurde nun auch im Journal „Nature“ präsentiert.

Ein Rekord an Präzision
Ein weiterer relevanter Aspekt ist, dass nun auch eine um Größenordnungen genauere Vermessung der Thorium-Zustände möglich ist. „Als wir den Übergang erstmals angeregt haben, konnten wir die Frequenz auf einige Gigahertz genau bestimmen. Das ist um mehr als einen Faktor tausend besser als bisher. Jetzt aber haben wir eine Präzision im Bereich von Kilohertz – also noch einmal eine Million mal besser“, betont Thorsten Schumm.

Diese Technologie soll nun nicht nur deutlich präzisere Zeitmessungen ermöglichen als bisherige Uhren, auch andere physikalische Größen sollen sich in weiterer Folge präziser messen lassen. In vielen Forschungsbereichen könnte diese Thorium-Technologie wichtige Fortschritte liefern, von der Geologie bis zur Astrophysik. Eine der erhofften Anwendungen mit dieser extremen Präzision gilt der Prüfung fundamentaler Gesetze der Natur, etwa, ob die Naturkonstanten vielleicht gar nicht perfekt konstant sind, sondern sich möglicherweise in Raum und Zeit ändern.