Die Forscher am JILA, einer gemeinsamen Einrichtung des National Institute of Standards and Technology (NIST) und der University of Colorado Boulder, haben eine neue Atomuhr konstruiert, die einen bahnbrechenden Standard in Sachen Genauigkeit und Präzision setzt. Diese bahnbrechende Erfindung übertrifft alle bisherigen Uhren, indem sie eine punktgenaue Navigation im Weltraum ermöglicht und Forscher in die Lage versetzt, mit noch nie dagewesener Strenge nach neuen Teilchen zu suchen.

Mit dem Potenzial, die Sekunde, die internationale Zeiteinheit, neu zu definieren, stellen die optischen Atomuhren der nächsten Generation einen bedeutenden Sprung nach vorn dar. Im Gegensatz zu den bestehenden Atomuhren, die Mikrowellen zur Zeitmessung verwenden, nutzt diese neue Welle von Uhren sichtbare Lichtwellen für eine höhere Präzision.

Die Forscher erwarten, dass diese Uhren eine außerordentliche Genauigkeit für die internationale Zeitmessung bieten und in 30 Milliarden Jahren möglicherweise nur eine Sekunde verlieren.

Um eine so hohe Präzision zu erreichen, müssen die Atomuhren jedoch zunächst die Herausforderungen bei der Messung von winzigen Sekundenbruchteilen meistern.

Sie verschieben die Grenzen des Machbaren bei der Zeitmessung

Jun Ye

Die neue JILA-Uhr verwendet ein optisches Gitter – ein Netz aus Licht -, um Zehntausende von Atomen gleichzeitig einzufangen und zu messen, um mehr Daten und präzisere Messungen zu erhalten. Das umfangreiche Ensemble bietet einen erheblichen Präzisionsvorteil. Je mehr Atome gemessen werden, desto mehr Daten erhält die Uhr, wodurch eine genauere Messung der Sekunde erreicht wird.

Durch die Verringerung der wichtigsten Fehlerquellen, wie z.B. Effekte durch Laserlicht, das die Atome einfängt, und Atomkollisionen aufgrund einer zu dichten Packung, erreicht diese Uhr eine rekordverdächtige Leistung.

Präzise Zeitmessung mit der heutigen Technologie

Der JILA-Physiker Jun Ye, der das Projekt leitete, kommentierte: „Diese Uhr ist so präzise, dass sie winzige Effekte erkennen kann, die von Theorien wie der allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt werden, sogar auf mikroskopischer Ebene.“

Durch die Beobachtung der winzigen Gravitationseffekte auf die Zeitmessung in diesen Größenordnungen können die Forscher die Lücke zwischen Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie schließen. Diese Fähigkeit, die Überschneidung dieser fundamentalen Theorien zu untersuchen, ebnet den Weg für weitere Fortschritte im Verständnis der tiefsten Geheimnisse des Universums.