Auch Atomuhren leiden unter Hitze

Dass Atomuhren die genauesten Zeitmesser der Welt darstellen, ist weitgehend bekannt. Immerhin beruht die moderne Definition der Sekunde selbst auf der Periodendauer der elektromagnetischen Strahlung, die bei einem bestimmten Energieübergang in einem Caesiumatom frei wird. Die besten Modelle weisen derzeit eine Unsicherheit von etwa einer Sekunde alle 30 Millionen Jahre auf.

Forscher der Universität von Nevada in den Vereinigten Staaten und von der Universität von New South Wales in Australien haben nun berechnet, in welchem Ausmaß die Genauigkeit einer Atomuhr von deren Temperatur abhängt. Die Energieniveaus eines Atoms werden nämlich durch die von dem Atom ausgesandten Wärmestrahlung verschmiert.

Beide Gruppen benutzten in ihren Studien komplexe theoretische Überlegungen, um die von der Wärmestrahlung verursachte Unsicherheit zu berechnen. Andrei Derevianko und seine Kollegen aus Nevada verglichen ihre Ergebnisse zudem mit hochgenauen experimentellen Untersuchungen einer Atomuhr. Auf diese Weise gelang es beiden Forschergruppen, einen Temperaturkoeffizienten zu bestimmen, mit dessen Hilfe die Genauigkeit der Zeitbestimmung mit Atomuhren um bis zu einen Faktor zehn erhöht werden könnte.

Atomuhren stellen das Herzstück der Kommunikation von Systemen wie etwa GPS oder dem von der Europäischen Union geplanten Galileo-System dar. Aus diesem Grunde versuchen Forschergruppen in aller Welt ständig, die Genauigkeit der Zeitmesser zu erhöhen.