Atom­uh­ren sind schon län­ger ein Begriff. Jetzt ist For­schern ein ent­schei­den­der Schritt zu noch höhe­rer Prä­zi­sion gelun­gen. Die TU Wien prä­sen­tiert zusam­men mit inter­na­tio­na­len Part­nern die erste Atomkern-Uhr.

Letz­ten April hatte die TU Wien bereits einen Erfolg ver­laut­bart. Einem Team rund um Thors­ten Schumm war es erst­mals gelun­gen, einen Atom­kern gezielt mit einem Laser von einem Zustand in einen ande­ren Zustand umzu­schal­ten. Das ist ein Effekt, der sich auch für Hoch­prä­zi­si­ons-Mes­sun­gen nut­zen lässt. Nun konnte die­ser soge­nannte Tho­rium-Über­gang in der Pra­xis ange­wandt wer­den. TU Wien und der US-Uni JILA/NIST gelang es dabei, eine hoch­prä­zise opti­sche Atom­uhr mit einem Hoch­en­er­gie-Laser­sys­tem zu kom­bi­nie­ren und sie erfolg­reich mit einem Tho­rium-Kris­talle ent­hal­ten­den Atom­kern zu koppeln. 

Diese Tho­rium-Atom­kerne kön­nen als eine Art Takt­ge­ber genutzt wer­den, der die Uhr noch exak­ter lau­fen las­sen. Im fina­len Ergeb­nis ist damit die erste Atom­kern-Uhr der Welt da. Noch lie­fert sie keine höhere Prä­zi­sion als eine gewöhn­li­che Atom­uhr, aber das war hier auch noch nicht das Ziel. „Die­ser erste Pro­to­typ belegt, dass Tho­rium als Takt­ge­ber für ultra­hoch­prä­zise Mes­sun­gen ver­wen­det wer­den kann. Der Rest ist tech­ni­sche Ent­wick­lungs­ar­beit, bei der keine gro­ßen Hin­der­nisse mehr zu erwar­ten sind“, sagt Thors­ten Schumm. Das Pro­jekt Atom­kern-Uhr wurde nun auch im Jour­nal „Nature“ präsentiert. 

Ein Rekord an Präzision
Ein wei­te­rer rele­van­ter Aspekt ist, dass nun auch eine um Grö­ßen­ord­nun­gen genauere Ver­mes­sung der Tho­rium-Zustände mög­lich ist. „Als wir den Über­gang erst­mals ange­regt haben, konn­ten wir die Fre­quenz auf einige Giga­hertz genau bestim­men. Das ist um mehr als einen Fak­tor tau­send bes­ser als bis­her. Jetzt aber haben wir eine Prä­zi­sion im Bereich von Kilo­hertz – also noch ein­mal eine Mil­lion mal bes­ser“, betont Thors­ten Schumm. 

Diese Tech­no­lo­gie soll nun nicht nur deut­lich prä­zi­sere Zeit­mes­sun­gen ermög­li­chen als bis­he­rige Uhren, auch andere phy­si­ka­li­sche Grö­ßen sol­len sich in wei­te­rer Folge prä­zi­ser mes­sen las­sen. In vie­len For­schungs­be­rei­chen könnte diese Tho­rium-Tech­no­lo­gie wich­tige Fort­schritte lie­fern, von der Geo­lo­gie bis zur Astro­phy­sik. Eine der erhoff­ten Anwen­dun­gen mit die­ser extre­men Prä­zi­sion gilt der Prü­fung fun­da­men­ta­ler Gesetze der Natur, etwa, ob die Natur­kon­stan­ten viel­leicht gar nicht per­fekt kon­stant sind, son­dern sich mög­li­cher­weise in Raum und Zeit ändern.