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Ultrapräzise Atomuhr

24.02.2022

Eine Gruppe von Physikern an der University of Wisconsin-Madison kündigte die Entwicklung supereffizienter Atomuhren an. Das Gerät misst die Zeit so genau, dass sie in 300 Milliarden Jahren nur eine Sekunde verliert.

Die Uhr wird genauere Messungen von Gravitationswellen, dunkler Materie und anderen physikalischen Phänomenen ermöglichen.

Eine Atomuhr ist eine Uhr, die die Resonanz der Frequenzen von Atomen verfolgt, normalerweise Cäsium oder Rubidium. Dadurch können solche Uhren die Zeit mit hoher Genauigkeit messen. Also führte die NASA ein Experiment durch, bei dem die Atomuhr Deep Space Atomic Clock zwei Jahre lang im Orbit arbeitete.

Atomuhren funktionieren, indem sie die Energieniveaus von Elektronen verfolgen. Wenn ein Elektron das Energieniveau ändert, absorbiert oder emittiert es Licht mit einer Frequenz, die für alle Atome eines bestimmten Elements gleich ist. Optische Atomuhren halten die Zeit mit einem Laser, der fein auf diese Frequenz abgestimmt ist, und erfordern einige der fortschrittlichsten Laser der Welt, um die Zeit genau zu messen.

In einer neuen Studie haben Wissenschaftler eine Multiplex-Uhr entwickelt, die Strontiumatome in einer einzigen Vakuumkammer in eine Linie aufteilt. Das Team verwendete einen "relativ miesen Laser", wie es der Erstautor der Studie, Shimon Kolkowitz, nannte, der immer noch eine Messgenauigkeit nahe dem Weltrekord erreichen konnte.

Wissenschaftler erstellten zwei Uhren und versuchten dann, den Unterschied in ihren Messungen zu verfolgen. Den Forschern zufolge werden zwei Gruppen von Atomen in unterschiedlichen Umgebungen aufgrund von Änderungen der Magnetfelder oder der Schwerkraft unterschiedlich schnell „ticken“. Das Forscherteam führte das Experiment über 1000 Mal durch und bemerkte im Laufe der Zeit eine größere Genauigkeit der Messungen.

Letztlich fanden die Wissenschaftler einen Unterschied in der Geschwindigkeit der beiden Atomuhren, der einer Abweichung von nur einer Sekunde alle 300 Milliarden Jahre entspricht – ein Maß für präzise Zeitmessung, das den Weltrekord für zwei räumlich getrennte Uhren aufstellt.

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