Eine Methode, um sehr viel genauere Atomuhren als bisher bauen zu können, haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching bei München entwickelt. Damit sollen sich künftig Atomkerne statt, wie bisher, Elektronen als Taktgeber für die Zeitmessung nutzen lassen.
In den heute gebräuchlichen Cäsium-Atomuhren – die beispielsweise bei der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig stehen – werden Elektronen durch Mikrowellen einer bestimmten Frequenz zum Übergang zwischen zwei Zuständen mit unterschiedlicher Energie angeregt. Durch Messen der Mikrowellenfrequenz lässt sich die Dauer einer Sekunde mit sehr hoher Präzision bestimmen. Die Ungenauigkeit der derzeit besten Cäsium-Atomuhren entspricht einer Abweichung von rund einer Zehnmillionstel Sekunde pro Jahr.
Atomkerne können ebenfalls verschiedene Zustände einnehmen, deren Energiedifferenz jedoch sehr viel höher ist als bei Elektronen. Daher benötigt man Strahlung im extremen Ultraviolett (XUV)- oder im Röntgenbereich, um Übergänge anzuregen. Wegen der höheren Übergangsfrequenz würden Atomkerne als Taktgeber eine wesentlich feinere Unterteilung und damit eine etwa tausendmal präzisere Messung der Zeit erlauben.
Ein Problem war bisher, dass sich die Frequenz von XUV- oder Röntgenlicht nicht genau genug messen ließ. Diese Schwierigkeit lösten die Garchinger Wissenschaftler um den Physiker Theodor Hänsch mithilfe eines „Frequenzkamms”. Erzeugen können ihn ganz bestimmte Laser, die eine Folge aus extrem kurzen Lichtpulsen aussenden. Deren Farbspektrum besteht aus einer langen gleichmäßigen Reihe von schmalen Linien – vergleichbar mit den Zinken eines Kamms –, die als eine Art Maßband zur Bestimmung der Frequenz von Lichtwellen dienen kann. Indem die Forscher Laserpulse aus sichtbarem Licht durch ein spezielles Material sandten, das die Lichtfrequenz vervielfacht, gelang es ihnen erstmals, einen solchen Frequenzkamm für XUV-Licht zu realisieren.
