Bis vor kurzem galt die genaueste Uhr als Quantenuhr, die in 3,7 Milliarden Jahren nur um 1 Sekunde falsch lag. Sie wurden von der in den USA im Bundesstaat Colorado entwickelten atomaren Experimentaluhr übertroffen.
Im Jahr 2014 kündigte eine Gruppe von Forschern der University of Colorado Boulder und des National Institute of Standards and Technology die Erfindung der Strontium-Atomuhr an. Diese Uhr ist 1,5-mal genauer als die vorherigen.
Wenn eine solche Uhr fünf Milliarden Jahre ununterbrochen arbeiten könnte, dann würde sie nicht vorwärts laufen und keine Sekunde hinterherhinken.
In dieser genauesten Uhr der Welt sind mehrere tausend Strontiumatome in Ketten von etwa hundert Filtern angeordnet, einem optischen Gitter, das durch einen starken Laserstrahl gebildet wird.
Die Schwingungsfrequenz von Strontiumatomen beträgt 430 Milliarden Mal pro Sekunde. Dank dieser Frequenz sind Strontiumuhren viel genauer als die von den Weltstandards anerkannten Cäsiumuhren.
Strontium- versus Cäsium-Uhren
Nach internationalen Standards gelten Cäsium-basierte Atomuhren als die genauesten Uhren. Das sind zum Beispiel die NIST-F1-Uhren in Colorado, USA.
Optische Strontiumuhren arbeiten mit höheren Frequenzen als Cäsiumuhren, die Mikrowellen verwenden. Aufgrund ihrer hohen Genauigkeit und Stabilität können Strontiumuhren Cäsium ersetzen und weltweit als Hauptstandard für die Messung der Weltzeit anerkannt werden.
Wie die Effizienz einer Atomuhr gemessen wird
Zwei Hauptparameter werden verwendet, um die Effizienz einer Atomuhr zu messen: Stabilität und Genauigkeit. Stabilität gibt an, wie sich die Geschwindigkeit der Uhr im Laufe der Zeit verändert und ist wichtig für die langfristige Funktion des Uhrwerks. Die Genauigkeit zeigt an, wie nahe die Uhr an der Resonanzfrequenz liegt, bei der die gebundenen Atome zwischen Energieniveaus schwingen.
In puncto Stabilität und Genauigkeit bricht die experimentelle Strontiumuhr alle Rekorde.
Warum braucht man eine Atomuhr
Die Zeitmesstechnik hat sich von weniger zu genauer entwickelt. Zuerst reichte es, jede Stunde zu messen, dann wurde es möglich, Minuten und Sekunden zu messen.
Trotz ihrer hohen Genauigkeit scheinen Atomuhren für den Menschen nicht so notwendig zu sein. Aber das ist nur auf den ersten Blick.
Eine solche Genauigkeit der Zeitmessung ist für manche Systeme notwendig, bei denen sogar eine Milliardstel Sekunde eine wichtige Rolle spielt. Atomuhren werden beispielsweise verwendet, um den Betrieb von Telekommunikationssystemen sowie von Satellitennavigationssystemen zu synchronisieren.
Unternehmen, die Strom liefern, verwenden Nukleartechnologie, um zu lokalisieren, wo elektrische Leitungen beschädigt sind. Die Weltraumforschung verwendet die Atomuhrentechnologie, um Funkbeobachtungen von weit entfernten Weltraumobjekten durchzuführen.
Frequenz ist ein Begriff, der auf die Zeit zutrifft. Dies ist die Größe der Zeit, dies ist das Tempo, mit dem die Uhr läuft. Dieser Wert wird bei Radio- und Fernsehsendungen berücksichtigt, um Überschneidungen zwischen Sendern und Kanälen zu vermeiden.
Weltraumbeobachtungen mit einer Sonde innerhalb des Sonnensystems sind ohne die Beteiligung genauer Atomuhren an den Erdstationen unmöglich.
Die Zeit spielt eine wichtige Rolle bei der Ordnung verschiedener Arten menschlicher Aktivitäten. Finanzmärkte erfordern immer genauere Berechnungen, um den Zeitpunkt von Transaktionen zu bestimmen.
