Jahrzehntelang waren Atomuhren der Goldstandard für Zeitmessung. Jetzt haben zwei unabhängige Forschungsteams etwas gebaut, das sie in den Schatten stellt: die ersten Nuklearuhren der Welt.
Diese neuen Zeitmesser, entwickelt von Gruppen in den USA und Europa, nutzen den Atomkern statt seiner Elektronen, um die Zeit zu messen. Das Ergebnis ist eine Uhr, die irgendwann stabiler und präziser sein könnte als jede je gebaute Atomuhr.
Eine Uhr, die im Inneren des Atomkerns tickt
Atomuhren messen die Energiesprünge von Elektronen, die einen Atom umkreisen. Nuklearuhren gehen tiefer. Sie messen Energieübergänge im Kern selbst, einer Region, die weit weniger von äußeren Störungen wie Magnetfeldern oder Temperaturänderungen beeinflusst wird.
Die entscheidende Zutat für diese Uhren ist ein seltenes Isotop namens Thorium-229. Sein Kern hat eine einzigartige Eigenschaft: Er kann durch ultraviolettes Laserlicht angeregt werden, was es ermöglicht, einen Kernübergang auszulösen und zu messen. Wissenschaftler haben diese Fähigkeit jahrelang verfolgt.
Beide Teams verwendeten Thorium-229 Atome, die in einen Kristall eingebettet waren. Sie trafen die Kerne mit einem präzisen ultravioletten Laser und zählten die resultierenden Ticks. Die Experimente fanden in getrennten Laboren statt, eines in den USA und eines in Europa, und beide waren etwa zur gleichen Zeit erfolgreich.
Warum lokale Forscher und die Welt aufmerken
Für Physiker ist dies ein Meilenstein, der sich über Jahrzehnte entwickelt hat. Die Idee einer Nuklearuhr wurde erstmals in den 1970er Jahren vorgeschlagen, aber die Technologie, sie zu verwirklichen, kam erst vor kurzem zusammen. Forscher auf diesem Gebiet haben den Durchbruch als lang erwartete Errungenschaft bezeichnet.
Die neuen Uhren sind noch nicht bereit, Atomuhren im Alltag zu ersetzen. Sie sind große, empfindliche Laboraufbauten. Aber das Potenzial ist enorm. Nuklearuhren könnten die GPS Genauigkeit verbessern, fundamentale physikalische Theorien testen und sogar winzige Veränderungen in fundamentalen Konstanten im Laufe der Zeit erkennen.
Lokale Wissenschaftler, die an den Projekten beteiligt waren, äußerten sich begeistert darüber, was die Uhren enthüllen könnten. Die Fähigkeit, Zeit auf diesem Niveau zu messen, könnte Fenster zu dunkler Materie oder anderen Phänomenen öffnen, die aktuelle Instrumente nicht erkennen können.
Eine neue Ära für die Zeitmessung
Die Ankunft von Nuklearuhren bedeutet nicht, dass Atomuhren veraltet sind. Aber sie markiert einen Wandel. Zum ersten Mal hat sich die Zeitmessung von der Elektronenhülle zum Kern verlagert. Die Präzisionslücke zwischen den beiden Uhrentypen wird noch gemessen, aber erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass Nuklearuhren ihre atomaren Vorgänger irgendwann mit deutlichem Abstand übertreffen könnten.
Beide Forschungsteams haben ihre Ergebnisse in wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht, und andere Labore arbeiten bereits daran, eigene Versionen zu bauen. Das Rennen um die Verfeinerung und Miniaturisierung von Nuklearuhren hat begonnen.
