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Forschung 100.000-mal genauere Zeitbestimmung durch optische Atomuhren

Von Sandro Kipar Lesedauer: 1 min

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Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

Eine neue Generation von optischen Atomuhren könnte die Forschung in verschiedenen Bereichen ankurbeln, doch die benötigten Aufbauten dafür sind noch viel zu groß.

Makroskopischer Tischaufbau komplexer Lasersysteme in einer optischen Atomuhr.
Makroskopischer Tischaufbau komplexer Lasersysteme in einer optischen Atomuhr.
(Bild: Ulrich Rosowski)

Ein Forschungskonsortium hat es sich gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM zur Aufgabe gemacht, eine Miniaturisierung der neuen Generation von optischen Atomuhren zu entwickeln.

Atomuhren gelten derzeit als die genauesten Zeitmesser der Welt. Der Zeittakt ergibt sich aus der Messung der atomaren Resonanz im Cäsium-Atom bei Mikrowellenstrahlung, so die Forscher. Die neue Generation misst dagegen elektronische Schwingungen im sichtbaren optischen statt im Mikrowellenbereich und soll dadurch eine 100.000-fache höhere Genauigkeit erreichen. So könnte etwa der Bruchteil einer Sekunde bis zur 19. Nachkommastelle vermessen werden.

Anwendungen für Forschung und Gesellschaft

Für die Miniaturisierung will das Konsortium sich vor allem auf den Laser konzentrieren. Er ermöglicht das Messen von Schwingungen in Atomen. Damit die Schwingungen überhaupt ausgezählt werden können, müssen die sich schnell und unkoordiniert bewegenden Atome zuerst gefangen und zum Bremsen ihrer Bewegungsgeschwindigkeit auf Temperaturen um den absoluten Nullpunkt herunter gekühlt werden, so die Forscher. Diese Voraussetzung macht das Gesamtsystem sehr groß.

Die Wissenschaftler versprechen sich von einer optischen Atomuhr vielfältige Anwendungen für Forschung und Gesellschaft. Durch die verbesserte Genauigkeit könnten etwa die Werte von Naturkonstanten überprüft werden. Außerdem könnten die Forscher mit ihr Änderungen im Gravitationsfeld vermessen und so eine Gravitationskarte der Erde erstellen. Mit ihr könnte die Bewegung tektonischer Platten prognostiziert oder Öl- und Mineralfelder ausgemacht werden.

Auch satellitengestütztes GPS würde von der neuen Generation profitieren. Sie sind bereits mit miniaturisierten mikrowellenbasierten Atomuhren ausgestattet und würden mit einer optischen Atomuhr die Position um das Hundertfache präziser bestimmen können. Das autonome Fahren könnte dadurch deutlich verbessert werden.

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