Kalzium als Taktgeber

Mit einer neuen Generation von Atomuhren will die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig eine extrem zuverlässige Zeitmessung ermöglichen. Die neuen Zeitgeber enthalten rund zehn Millionen Kalzium-Atome, die durch einen Laser angeregt werden. Die bisher zur hochpräzisen Zeitmessung verwendeten Atomuhren verwenden Caesium-Atome, bei denen Mikrowellen mit einer Frequenz von rund 9 Gigahertz Elektronen zum Springen zwischen zwei verschiedenen Energieniveaus veranlassen. Durch elektronisches Abzählen der Schwingungen der Mikrowellen-Strahlung lässt sich die Dauer einer Sekunde auf etwa ein tausendstel Promille genau bestimmen. Die an der PTB entwickelte Kalzium-Atomuhr funktioniert im Prinzip auf die gleiche Weise, jedoch werden die Atome statt mit Mikrowellen mit rotem Laserlicht bestrahlt, das eine Wellenlänge von 657 Nanometern und eine Frequenz von 456 Terahertz besitzt. Die rund 50000fach höhere Anregungsfrequenz erlaubt es, die Schwingungen präziser und stabiler zu messen. Die Kalzium-Atomuhr erreicht ihre extreme Genauigkeit bereits wenige Sekunden nach dem Start der Messung. Herkömmliche Caesium-Uhren arbeiten erst nach einigen Stunden hochpräzise. Voraussetzung für den Bau der Kalzium-Atom- uhr war die Entwicklung von speziellen Lasern, die wenige Femtosekunden (10 -15 Sekunden) kurze Lichtimpulse aussenden und mit denen sich die Schwingungen von Licht einfach auszählen lassen. Die Forscher der PTB arbeiten derweil bereits an noch präziseren Zeitnormalen – an optischen Uhren, die nur ein einziges gefangenes Ion zur Zeitmessung benutzen.

Hans Groth