Eine neue Uhr hat es geschafft, die Zeit über mehr als 24 Stunden zu messen, indem sie Atomkerne nutzt.
Um die Zeit zu messen, braucht eine Uhr einen regelmäßigen Takt. Eine alte Pendeluhr zählt die Bewegungen ihres Pendels. Eine elektronische Uhr nutzt die Schwingungen eines kleinen Kristalls. Atomuhren, die viel präziser sind, machen sich Atome zunutze.
In einer klassischen Atomuhr nutzt man die Elektronen, winzige Teilchen, die den Atomkern umgeben. Wenn sie Wellen mit einer sehr genau festgelegten Frequenz empfangen, ändern sie ihren Zustand. Das Gerät verwendet diese Frequenz als Referenz, um die Sekunden zu zählen.
Die neue Uhr funktioniert nach einer ähnlichen Idee, aber mit einem wichtigen Unterschied: Sie nutzt den Atomkern im Zentrum des Atoms statt der Elektronen, die ihn umgeben. Dieser Kern ist normalerweise besser vor äußeren Störungen geschützt. Dadurch könnte er ermöglichen, die Zeit noch regelmäßiger zu messen.
Das Problem besteht darin, dass es sehr schwierig ist, einen Atomkern mit Licht reagieren zu lassen. Ein seltenes Element, Thorium-229, besitzt jedoch eine Besonderheit: Sein Kern kann seinen Zustand ändern, wenn er ganz präzise ultraviolette Strahlung empfängt.
Forschende der Technischen Universität Wien brachten Thorium in einen kleinen Kristall ein und bestrahlten ihn anschließend mit einem Laser. Wenn der Laser die richtige Frequenz aussendet, absorbieren die Atomkerne einen Teil des Lichts. Wenn sich diese Frequenz ändert, verändert sich auch die Absorption. Das Gerät erkennt dies und korrigiert den Laser automatisch, damit der richtige Takt beibehalten wird.
Dieses System funktionierte mehr als 24 Stunden lang ohne Eingriff. Die gemessene Regelmäßigkeit entspräche zum Vergleich einem Fehler von etwa einer Sekunde in 30 Millionen Jahren.
Dennoch schlägt sie die besten derzeitigen Atomuhren noch nicht. Neu ist, dass es gelungen ist, den Takt eines Lasers mithilfe der Atomkerne automatisch aufrechtzuerhalten. Die Forschenden hoffen, ihre Präzision in den kommenden Jahren zu verbessern.
Eine solche Uhr könnte auch dabei helfen, Rätsel der Physik zu untersuchen. Indem sie ihren Takt mit dem einer Atomuhr vergleichen, können Wissenschaftler nach winzigen Veränderungen suchen, die beispielsweise mit dunkler Materie zusammenhängen könnten. Die ersten Versuche haben bislang jedoch kein entsprechendes Signal zutage gefördert.