Wissenschaftler vom Jet Propulsion Laboratory der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa in Pasadena haben die genaueste Atomuhr der Welt gebaut. Schätzungen zu Folge weist die Uhr nur eine Ungenauigkeit von einer Minute in 10 Milliarden Jahren auf. Sie ist damit um das Zwanzigfache genauer als die bisher besten Modelle. Die Uhr soll unter anderem zur Synchronisation der Satelliten des GPS-Navigationssystems eingesetzt werden.
Die unter der Leitung von Robert Tjoelker hergestellte Uhr beruht auf einer so genannten Ionenfalle. Diese besteht aus einem Vakuumbehälter, der mit Quecksilberionen gefüllt ist. Bei Übergängen zwischen zwei quantenmechanischen Energiezuständen dieser Ionen wird Licht einer genau festgelegten Frequenz ausgesandt. Dies ermöglicht es, den internationalen Zeitstandard ? die Sekunde ? festzulegen.
Die Genauigkeit bisheriger Atomuhren ist durch Kollisionen der für die Frequenzbestimmung benutzten Atome oder Ionen mit den Wänden des Vakuumbehälters beschränkt. Diese Zusammenstöße verändern die Energiezustände der Atome und führen so zu Frequenzverschiebungen des ausgesandten Lichts.
Die Forscher um Tjoelker umgingen diese Schwierigkeit durch den Einsatz elektrischer Felder, die einen Zusammenstoß der Ionen mit den Wänden verhinderten. Die Ionen prallten somit nur an den Feldern selbst ab. Die dadurch verursachte Störung der Energieniveaus beträgt nur etwa ein Zehntausendstel der durch die Zusammenprälle mit harten Wänden ausgelösten Energieverschiebungen.
Stefan Maier
