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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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US-Forscher bauten optische Atomuhr |
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| | | Ein US-Forscherteam hat den genauesten Zeitmesser der Welt gebaut. Die neue, optische Atomuhr "tickt" rund 20 Mal gleichmäßiger als übliche Mikrowellen-Atomuhren, die seit etwa 50 Jahren als die besten gelten. |
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Später einmal sollen die optischen Atomuhren sogar bis zu 1000fach genauer gehen als ihre Mikrowellen-Vorläufer.
Die neue Generation von Uhren werde völlig neue Einblicke in physikalische Vorgänge erlauben, schreiben Scott Diddams vom Nationalen Forschungsinstitut für Normen und Technologie in Boulder (US-Bundesstaat Colorado) und Kollegen in der aktuellen Online-Ausgabe des US-Wissenschaftsjournals "Science".
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Atomuhr
Anhand eines Cäsuimatoms kann ein Zeittakt festgelegt werden, welcher nur eine Ungenauigkeit kleiner als 5 x 10 hoch -12 besitzt. Das Cäsiumatom kann, wie alle Atome, in zwei Energiezuständen vorkommen, nämlich (+) und (-). Der ständige Wechsel des Energiezustandes dieses Cäsiumatoms kann durch elektronische Strahlung mit einer charakteristischen Frequenz erzwungen werden. Die Frequenz des Cäsiumatoms liegt bei einen Wert von 9.192.631.770 Hz. Das bedeutet, innerhalb einer Sekunde wechselt das Cäsiumatom seinen Energiezustand 9.192.631.770 mal. Diese Schwingdauer eines Cäsiumatoms ist zeitlich konstanter als das Schwingen eines Pendels oder die Schwingfrequenz eines Quarzes oder die Periodendauer der Erdrotation wie oben beschrieben. |
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Molekül-Schwingungen als Grundlage |
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Die neue Atomuhr basiert auf den Schwingungen eines einzelnen, in einem Vakuum-Behälter eingefangenen Quecksilber-Moleküls, das sichtbare Lichtstrahlen aussendet.
Die von dem Quecksilber ausgehenden optischen Schwingungen sind rund 100.000 Mal schneller als die des Caesiums, auf denen bisherige Atomuhren aufbauen.
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1 Billiardstel Sekunde |
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Dadurch soll sich die Zeit künftig auf eine Billiardstel Sekunde genau definieren lassen. Eine Sekunde ist seit 1967 international als 9.192.631.770 Mikrowellen-Schwingungen von Caesium festgesetzt.
Der Schritt von der Mikrowellen- zur optischen Atomuhr sei "wie der von einer Lupe zum Mikroskop", sagte Diddams.
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Definition einer Sekunde
Das 1960 von den Organen der Meterkonvention eingeführte internationale Einheitensystem SI (Système International) legt die Definition der physikalischen Einheiten fest. Die Verwendung der SI-Einheiten ist mit dem "Gesetz über Einheiten im Messwesen" seit 1970 auch in Deutschland vorgeschrieben, wobei die PTB mit der Darstellung und Verbreitung der SI-Einheiten beauftragt ist. Die Sekunde ist eine der sog. Basiseinheiten im SI. Seit 1967 ist die Sekunde über eine atomphysikalische Konstante definiert. Es wurde das nicht radioaktive Element Caesium, 133Cs, zu Grunde gelegt. Die Resonanzfrequenz zwischen ausgewählten Energiezuständen dieses Atoms wurde auf 9 192 631 770 Hz festgelegt. Die Realisierung der Sekunde geschieht mit Hilfe von Caesiumatomuhren. |
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Neues Werkzeug |
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Der Forscher beschrieb die Uhr als "neues Werkzeug, mit dem wir die Wunder der Natur weitaus besser als bisher untersuchen können". In Satelliten eingesetzt werde die optische Uhr beispielsweise einen weitaus tieferen Blick in den Weltraum bieten.
"Mit ihr werden wir Einsteins Relativitätstheorie besser testen können", sagte Diddams. So wie die Akkuratesse der Mikrowellen-Atomuhren etwa Navigation und Kommunikation revolutioniert hätten, seien von der neuen Generation optischer Atomuhren ähnliche Fortschritte zu erwarten.
(dpa/red)
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Originalartikel in 'Science'( An Optical Clock Based on a Single Trapped 199Hg+ Ion: kostenpflichtig)
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01.01.2010 |
