Ionenuhr tickt 14 Mrd. Jahre genau

Forscher der University of New South Wales haben einen Zeitmesser konzipiert, der die Genauigkeit von Atomuhren um den Faktor 100 übertrifft. Die „Ein-Ionen-Uhr“ soll dabei helfen, Experimente zu fundamentalen Theorien der Physik mit bislang ungekannter Genauigkeit durchzuführen. Die Erfindung wurde nun im Journal „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

„Weltweit befinden sich vier bis fünf Gruppen an der Umsetzung dieses Zugangs“, klärt Thorsten Schumm, Atomphysiker an der Technischen Universität Wien http://thorium.at , gegenüber pressetext.

Präziseres Pendel

Die treibenden Kräfte hinter dem super-präzisen Chronometer waren Victor Flambaum und Vladimir Zuba. Flambaum ist überzeugt, dass die „Ionenuhr“ ein extrem wertvolles Tool für die Forschung im Bereich der angewandten Physik wäre. Er denkt, dass ein solches Gerät nur wenig anfällig für störende Einflüsse von Außen wäre.

„Atomuhren nutzen die um ein Atom kreisenden Elektronen als Taktgeber“, erklärt der Wissenschaftler den Unterschied. „Doch wir haben gezeigt, dass man mit Hilfe von Lasern die Elektronen so ausrichten kann, dass man die um den Atomkern reisenden Neutronen als Pendel verwenden kann, was eine bisher ungekannte Präzision erlaubt.“

Naturkonstanten unter Beobachtung

„Man möchte nicht nur die Kräfte in der Atomhülle messen, sondern auch jene im Inneren des Kerns beobachten“, erläutert Schumm, der selbst an Erforschung und Bau der „Thorium-Uhr“ arbeitet, im pressetext-Interview. Flambaum erarbeitet in diesem Bereich Theorien, die für verschiedene Forschungsteams weltweit als Vorlage dienen, um genauere Chronometer zu entwickeln.

Uhren mit einer derart hohen Präzision sind natürlich nicht für den alltäglichen Gebrauch bestimmt. Selbst Anwendungen wie die satellitengestützte Navigation benötigen keine Genauigkeit dieses Ausmaßes. „Zum Betrieb dieser Technologien reichen die bisherigen Atomuhren problemlos“, so Schumm. „Ein Apparat, wie ihn Flambaum vorschlägt, kommt zum Einsatz, wenn es darum geht, Veränderungen bei fundamentalen Naturkonstanten zu beobachten.“

Neustart in 14 Mrd. Jahren

In Zahlen lässt sich der vorerst noch theoretische Fortschritt wie folgt beschreiben: Die Ionenuhr arbeitet auf 19 Kommastellen einer Sekunde genau und stellt damit Atomuhren in den Schatten, deren Bestleistung derzeit bei einer Genauigkeit von 17 Stellen liegt. Dies bedeutet, dass ihre Standardabweichung am Ende eines Laufzyklus eine Zwanzigstelsekunde beträgt. Ein Reset wäre jedoch nur alle 14 Mrd. Jahre nötig – ein Zeitraum, der dem geschätzten Alter des Universums entspricht. Eine Atomuhr hingegen benötigt je nach Typ bereits nach mehreren Mio. Jahren eine Neujustierung.