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Der Winzling, der den Takt angibt

Die kleinste Atomuhr der Welt ist nur so groß wie ein Reiskorn und geht in 300 Jahren nur um eine Sekunde falsch. Der Zeitmesser soll künftig als Massenprodukt preisgünstig hergestellt werden und könnte in tragbaren Geräten zur Satellitennavigation oder zur Synchronisation von Netzwerken eingesetzt werden, erklären Wissenschaftler des amerikanischen National Institute of Standards and Technology (NIST). Ihre Entwicklung stellen John Kitching und seine Kollegen im Fachmagazin Applied Physics Letters (Ausgabe vom 30. August) vor.

In einer Atomuhr tickt weder eine Unruhe hin und her wie in einer mechanischen Uhr, noch gibt wie in einer Quarzuhr ein Quarzkristall den Takt an. Als Taktgeber dienen vielmehr schwingende Caesium-Atome, die 9,2 Milliarden Bewegungen pro Sekunde ausführen. Ein mit einem kleinen Laser erzeugtes elektromagnetisches Feld wird auf diese Schwingung eingestellt und kann von einer Elektronik erfasst werden. Dank der hohen Frequenz lässt sich die Uhr mit extrem hoher Genauigkeit justieren. Bei einer Laufzeit von 300 Jahren würde die Uhr maximal eine Sekunde vor- oder nachgehen, errechneten die Wissenschaftler. Bisherige Atomuhren sind zwar genauer, doch arbeitet die Miniuhr damit immer noch 1000fach präziser als eine Quarzuhr.

Einen Rekord haben die Wissenschaftler mit der Größe der Uhr aufgestellt: Der schwingende Taktgeber des Zeitmessers ist nur vier Millimeter lang und 1,5 Millimeter dick. Gemeinsam mit Stromversorgung und Steuerung nimmt die Uhr nur ein Volumen von etwa einem Kubikzentimeter ein und könnte daher auch in tragbare Geräte wie beispielsweise Empfänger für das Satellitennavigationssystem GPS passen. Hier sehen die Wissenschaftler auch praktische Anwendungen ihres Zeitmessers. Mit einer Atomuhr könnte die Abstimmung mit den Funksignalen der Satelliten genauer werden, was die Navigation präziser macht. Auch könnten die Zeitmesser die Synchronisation in elektronischen Netzwerken verbessern.

ddp/bdw ? Ulrich Dewald
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