Stand: 16.02.2016 11:46 Uhr

Forscher bauen eine der genauesten Uhren der Welt

von Tino Nowitzki

In Braunschweig will man es nicht einfach genau wissen. Man will es genauer wissen. Nicht zufällig stehen hier in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) die genauesten Uhren der Republik, nach denen Funkwecker in ganz Deutschland gestellt werden. Und nicht zufällig sind Forscher der PTB schon seit 20 Jahren dabei, noch genauere Uhren zu bauen. Nun ist es ihnen gelungen, eine optische Einzel-Ionen-Atomuhr anzufertigen - eine von wenigen auf der Welt und die genaueste ihrer Art. Nur eine einzige Uhr anderer Bauart ist noch genauer, eventuell noch eine zweite - so ganz genau können das die Wissenschaftler nicht sagen.

Braunschweig: Präzise wie ein Atomuhrwerk

18 Stellen hinter dem Komma genau

Ein paar tickende Zeiger und einen Gong haben solche Apparate nicht. Trotzdem ist das Prinzip von Atomuhren denen von Wanduhren oder auch Armbanduhren gar nicht so unähnlich. Statt eines Pendels oder Zahnrads fungiert als Taktgeber ein Atom, genauer: dessen Bestandteile. Die werden zum Schwingen gebracht, und die Frequenz dieser Bewegung wird gemessen. Bei den immer noch gebräuchlichen Atomuhren nimmt man dafür Cäsium-Atome. Weil die mit einer Genauigkeit von 16 Stellen hinter dem Komma schon extrem präzise sind, richten sich alle Funkuhren nach ihnen. Auch in der PTB in Braunschweig stehen zwei davon und geben wie riesige silberne Wächter Deutschlands Zeit vor. Aber die neue, optische Atomuhr kann noch mehr: Mit einer Genauigkeit von 18 Stellen hinter dem Komma ist sie gleich hundertmal exakter als die Cäsium-Kollegen. Damit sie auch nur eine Sekunde falsch läuft, müsste eine Zeit vergehen, die so lang ist wie das Universum alt. Möglich wird die Exaktheit durch ein seltenes Element: Ytterbium. Es schwingt mit der fast hunderttausendfachen Frequenz von Cäsium - so schnell, dass man es mit bloßem Auge als blaues Licht wahrnehmen kann. Daher auch der Name: optische Atomuhr.

Technische Geräte befinden sich in einem physikalischen Institut. © NDR Fotograf: Tino Nowitzki

Präzision made in Braunschweig

Die optische Atomuhr der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig liefere einen der genauesten Werte in der Zeitmessung, so der Leiter des Projekts Dr. Ekkehard Peik.

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"Wir haben uns die Nächte um die Ohren geschlagen"

Die Wissenschaftler der PTB sind extrem stolz auf ihre Uhr, war sie doch ein hartes Stück Arbeit: "Wir haben uns teilweise die Nächte um die Ohren geschlagen", sagt Dr. Ekkehard Peik, der in den letzten Jahren das vierköpfige Forscher-Team geleitet hat. Dabei immer im Nacken: die Uhr. Denn jederzeit hätte es auch eine andere der weltweit an optischen Atomuhren tüftelnden Gruppen schaffen können. Nun aber sind es Peik und seine Kollegen, die Glückwunsch-Anrufe für die genaueste Einzel-Ionen-Atomuhr aus aller Welt erhalten. Richtig Freude kommt bei den Wissenschaftlern auf, wenn sie über die Möglichkeiten ihrer neuen Schöpfung reden. Satelliten-Navigation beispielsweise könne jetzt noch genauer passieren, da ist sich Dr. Ekkehard Peik sicher. Selbst Auswirkungen auf die Naturwissenschaften wären denkbar: "Wir haben damit Zugang zu den Grundfragen der Physik." Viele Theorien könnten jetzt neu überprüft werden.

Wissenschaftler wollen die Sekunde neu definieren

Auch die Zeitmessung könnte revolutioniert werden: So ist es ein Ziel der Wissenschaftler von der PTB Braunschweig, die Sekunde mit Hilfe der optischen Atomuhr zukünftig neu zu definieren. Für den normalen Menschen habe das aber keine Auswirkungen: "Der Tag wird immer noch 24 Stunden haben", versichert Dr. Ekkehard Peik. Überhaupt könne eine Neudefinition wahrscheinlich noch zehn Jahre dauern, schließlich würden die optischen Atomuhren auch immer weiter entwickelt. Gerade in den letzten Jahren, so Peik, sei der Fortschritt rasant gewesen. Das bedeutet aber auch, dass die Braunschweiger Rekord-Uhr keineswegs sicher ist.

In einer ersten Version dieses Textes hieß es, dass die Braunschweiger Wissenschaftler die erste optische Atomuhr angefertigt haben. Tatsächlich aber handelt es sich um die erste optische Einzel-Ionen-Atomuhr. Von ihnen gibt es mehrere, die Braunschweiger ist jedoch die genaueste. Vielen Dank an den User, der uns darauf aufmerksam gemacht hat.