Physiker der University of Colorado (USA) haben eine extrem genaue Atomuhr mit einem Fehler von nur einem Millionstel einer Milliardstel Sekunde erfunden. Mit anderen Worten, es dauert 32 Millionen Jahre, um einmal schief zu gehen.
Atomuhren gibt es seit 1948, aber ein neues Design von Physikern der University of Colorado bringt eine bahnbrechende Verbesserung. Das heißt, die Strontiumatome (die die Zeitmessung durchführen) in einen winzigen dreidimensionalen Würfel mit einer 1000-fach höheren Dichte als frühere Arten eindimensionaler Atomuhren zu bringen.
Der Datumsregler ermöglicht es den Forschern, mit superstabilen Lasern das Verhalten des Quantengases abzustimmen, das wiederum den Zeitmesser bildet.
Die genaueste Uhr der Welt, bestehend aus dicht gepackten Strontiumatomen in einem Block, zählt die Pulse eines vorbeiziehenden Lasers mit einer Geschwindigkeit von einer Million Milliarden Mal pro Sekunde. Foto: Wired
Das Ergebnis ist ein stabiles Metronom mit der sechsfachen Genauigkeit der modernsten Messgeräte von heute. Der Physiker Jun Ye vom National Institute of Standards and Technology (USA) sagte: „Die Genauigkeit und Stabilität des neuen Geräts wird nur durch die grundlegenden Naturgesetze, wie die Schwerkraft, den Tod, begrenzt.“
Die Uhr besteht aus mehreren Tausend Strotiumatomen, die in 30×30 Mikrometer großen Säulen in einem optischen Gitter aus intensivem Laserlicht gehalten werden. Seine Stabilität wird um 50 % verbessert.
Die von amerikanischen Wissenschaftlern hergestellte Atomuhr wird die genaueste aller Zeiten sein. Foto: vox.com
Der Unterschied zu früheren Studien ist die Anordnung der Strontiumatome. In früheren Designs war das optische Gitter oft destabilisiert, weil die Atomgitterstruktur aufgrund von Beschädigungen verzerrt wurde. Das neue Design bringt die Atome in einem engen Gitter näher zusammen, ähnlich wie Menschen Hühnereier in Eierkartons legen.
Bei einer solchen Anordnung ist das Atom fast fixiert. Der Physiker Jun Ye fügte hinzu: „Die Atome in der neuen Generation von Atomuhren werden immer in vollständig kontrollierbaren Zuständen der Quantenmechanik gesteuert, je mehr Strontiumatome verwendet werden, desto mehr Strontiumatome werden verwendet, desto genauer ist das Taktsignal.
Die Atomuhr der neuen Generation wurde von Wissenschaftlern des National Institute of Standards and Technology, Boulder, Colorado, USA, gebaut. Foto: foxnews.com
Der Bau einer hochgenauen Atomuhr ist ein Fortschritt in der Metrologie und Quantenphysik. Die Erfindung ist das Ergebnis einer Suche nach einer Lösung für die Beziehung zwischen Quantenphysik und Gravitation sowie einer Grundlage für das weitere Verständnis anderer Probleme, wie beispielsweise Schwarzer Löcher.
„Neben der wissenschaftlichen Forschung entwickeln wir auch neue Technologien wie Quantensensoren, die auf eine Vielzahl von Geräten angewendet werden können, die der Gesellschaft dienen“, sagt Ye. Eine präzisere Atomuhr ist die Grundlage für die Konstruktion physikalischer Größen und die Standards der modernen Gesellschaft und spielt eine wichtige Rolle bei Kommunikations- und Weltraummissionen der nächsten Generation.
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