Wissenschaftler haben die ersten funktionierenden Kernuhren entwickelt, die zur Zeitmessung nicht auf Elektronenbewegungen, sondern auf der Wechselwirkung von Licht mit Atomkernen basieren. Die in zwei separaten Artikeln in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Arbeit markiert eine neue technologische Schwelle in der Zeitmessung nach den Atomuhren.
Atomuhren gehören seit über 70 Jahren zu den präzisesten Instrumenten der modernen Zeitmessung. Diese Systeme berechnen die Zeit, indem sie die Übergänge zwischen den Energieniveaus von Elektronen in Atomen überwachen. GPS-Systeme, fortschrittliche Kommunikationsinfrastrukturen und grundlegende physikalische Experimente basieren auf diesen hochpräzisen Messungen.
Bei den neu entwickelten Kernuhren liegt der Fokus nicht auf den Elektronen, sondern auf dem Atomkern. Die Forscher haben ein System aufgebaut, das die Zeit durch die Verfolgung der Wechselwirkungen zwischen Licht und Kern misst. Es wird davon ausgegangen, dass dieser Ansatz in den kommenden Jahren zu einer Methode werden könnte, die die von Atomuhren erreichte Präzision übertrifft.
WAS IST DER UNTERSCHIED ZU ATOMUHREN?
Das herausragende Merkmal von Kernuhren ist, dass der Atomkern im Vergleich zum gesamten Atom viel kleiner und besser vor äußeren Einflüssen geschützt ist. Da Kerne etwa 100.000-mal kleiner als Atome sind, sind sie weniger anfällig für Umgebungsfaktoren wie externe elektrische Felder. Dies könnte dazu beitragen, einige Faktoren zu reduzieren, die die Stabilität bei der Zeitmessung einschränken können.
Die wissenschaftlichen Grundlagen der Idee der Kernuhr reichen bis ins Jahr 2003 zurück. Damals schlugen Forscher vor, dass Atomkerne für extrem präzise Uhren verwendet werden könnten. In diesem Bereich erregt insbesondere das Element Thorium-229 Aufmerksamkeit. Dass Thorium-229 einen niederenergetischen Kernübergang aufweist, wird als wichtiger Vorteil angesehen, da dieser Übergang mit Lasern überwacht werden kann.
Wissenschaftlern zufolge können Kernuhren nicht nur für eine präzisere Zeitmessung eingesetzt werden, sondern auch bei der Erforschung der grundlegenden Struktur des Universums. Insbesondere die Erkennung möglicher Auswirkungen dunkler Materie und die präzisere Überprüfung grundlegender physikalischer Konstanten werden als die wichtigsten Forschungsbereiche genannt, die diese Technologie eröffnen könnte.
Dennoch befindet sich die Technologie noch in der Entwicklungsphase. Obwohl die Vorstellung der ersten funktionierenden Prototypen ein wichtiger Schritt ist, sind die derzeitigen Kernuhren noch nicht so stabil wie die fortschrittlichsten Atomuhren. Forscher geben an, dass dieser Unterschied mit dem Einsatz leistungsstärkerer Laser und fortschrittlicherer Versuchsaufbauten im Laufe der Zeit ausgeglichen werden könnte.
Nachrichtenquelle: 12punto
