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04.01.2013, 11:03 Uhr | t-online.de
Blick in die Ultrahochvakuumkammer, in der Strontiumatome gekühlt und gespeichert werden (Quelle: PTB)
Eine optische Uhr gilt als einer der heißesten Kandidaten für die Definition einer "neuen" Sekunde. Denn ab jetzt wird man sie vermutlich um eine Größenordnung genauer bestimmen können. Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) legten die Grundlage dafür, indem sie den Einfluss des wichtigsten Unsicherheitsfaktors, der Raumtemperatur, erstmals maßen.
Optische Uhren gelten als die Uhren der Zukunft - und das gleich aus mehreren Gründen: Sie könnten dafür sorgen, dass die Basiseinheit Sekunde, die ohnehin schon die genaueste aller Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems (SI) ist, noch einmal genauer bestimmt werden kann. Dann würde ihre Definition nicht mehr auf der Wechselwirkung zwischen Mikrowellenstrahlung und Cäsium-Atomen beruhen, sondern von optischer Strahlung und Strontium- oder auch anderen Atomen oder Ionen.
Aber auch schon vor einer Neudefinition sind die optischen Uhren von Nutzen - etwa bei der Ausmessung der Erdoberfläche. Dort könnten sie beispielsweise helfen, die Höhe von Bergen noch genauer zu bestimmen als bisher. Und Grundlagenphysiker bekommen mit ihnen das ersehnte Instrument in die Hand, um eventuelle Änderungen von Naturkonstanten, etwa der Lichtgeschwindigkeit, aufzuspüren.
Optische Uhren sind so genau, weil optische Strahlung so schnell schwingt, und zwar deutlich schneller als Mikrowellenstrahlung, mit der zurzeit in Cäsiumatomuhren die Sekunde "gemacht" wird. Je schneller nämlich das "Pendel" - das schwingende System - einer Uhr ist, desto feiner lässt sich die Zeit unterteilen und desto stabiler und genauer läuft die Uhr.
In einer optischen Strontium-Uhr wird eine Wolke von neutralen Strontiumatomen in zwei Stufen mithilfe von gezielt eingesetzter Laserstrahlung gekühlt, bis schließlich die Atome nur noch wenige Zentimeter pro Sekunde schnell sind. Ein sogenanntes optisches Gitter sorgt dafür, dass sie festgehalten werden und sich praktisch gar nicht mehr bewegen können.
Leider reagieren ausgerechnet Strontium-Atome relativ stark auf die Umgebungstemperatur, wodurch die Uhr ungenauer wird. Dies ist der größte Unsicherheitsfaktor bei dieser Uhr, und die PTB-Wissenschaftler haben ihn jetzt erstmals gemessen. Nun hoffen sie, dass die nächsten Frequenzmessungen der gesamten Uhr deutlich genauer werden können.
Ihre Ergebnisse veröffentlichten die PTB-Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Physical Review Letters".
Quelle: t-online.de
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