Zeitmessung an der 19. Stelle
Ein Team am Centre for Quantum Technologies der National University of Singapore hat nach eigenen Angaben die genaueste Atomuhr bisher gebaut. Das Gerät nutzt ein einzelnes Lutetium-Ion und misst die Schwingung des Atoms auf 19 Dezimalstellen. Die Forscher berichteten von einer Unsicherheit von etwa 1 x 10⁻¹⁹, der niedrigsten, die je für eine optische Atomuhr verzeichnet wurde. Die Arbeit wurde am 23. September in Nature veröffentlicht.
Optische Uhren funktionieren, indem sie das Licht zählen, das ein Atom absorbiert, wenn es seinen Energiezustand ändert. Je stabiler diese Frequenz ist, desto besser die Uhr. Der Lutetium-Übergang ist ungewöhnlich unempfindlich gegenüber Temperatur und Magnetfeldern, was hilft.
Zwei Uhren, ein Ergebnis
Um das Design zu testen, baute das Team zwei Uhren und ließ sie 200 Stunden lang nebeneinander laufen. Das Paar stimmte bis auf 5,7 x 10⁻¹⁹ überein. Laut den Forschern ist das der präziseste Vergleich zweier Uhren, der je berichtet wurde.
Das Team erfand außerdem eine Technik, die es Hyperfein-Mittelung nennt, um den Uhrübergang zu definieren, und maß die Höhe der Ionen auf unter einen Millimeter. Kleine Höhenunterschiede sind wichtig, weil die Gravitation das Tempo der Zeit verändert.
Warum es wichtig ist
Eine genauere Uhr könnte Physikern helfen zu testen, ob sich die Naturkonstanten im Laufe der Zeit ändern, und könnte neue Wege zur Definition der Sekunde unterstützen. Die aktuelle Definition basiert auf Cäsium, das bei Mikrowellenfrequenzen schwingt. Optische Uhren laufen Hunderttausende Male schneller, was sie schwieriger zu bauen, aber weitaus präziser macht.
Das Ergebnis ist laut dem Team eine Verbesserung um 41 Prozent gegenüber dem bisherigen Rekordhalter. Andere in dem Feld warnen, dass Rekordansprüche davon abhängen, wie die Unsicherheit gemessen wird, und dass es Jahre dauert, solche Designs aus dem Labor zu bringen. Dennoch verleiht der Vergleich zwischen zwei unabhängigen Uhren der Messung ungewöhnliches Gewicht. Die Forscher planen nun weitere Läufe, um die Unsicherheit zu verringern.