Ein optische Atomuhren hat einen neuen Präzisionsrekord aufgestellt. Das Team von Experten des finnischen Metrologiezentrums Vtt Mikes hat mit der Verwendung einer einzelnen Strontium-Ionen-Uhr bemerkenswerte Ergebnisse erzielt, indem es die absolute Frequenz des optischen Atomuhren mit außergewöhnlich niedriger Unsicherheit und hohen Betriebszeiten gemessen hat. Diese Ergebnisse, die kürzlich in der Fachzeitschrift Physical Review Applied veröffentlicht wurden, bringen uns näher an eine neue Definition der Sekunde.
Die Definition der Sekunde
Wie bereits berichtet, steht die Sekunde, die Einheit zur Messung der Zeit, vor einer grundlegenden Veränderung. Statt der Dauer wird jedoch die Definition selbst geändert. Obwohl dies wie ein einfacher Formalismus erscheinen mag, besitzt es bedeutende theoretische und praktische Implikationen, da alle Basiseinheiten (mit Ausnahme der Mol) von der Sekunde abhängen. Mit dem Fortschritt der Technologie konnten wir in den letzten Jahren immer präzisere Uhren entwickeln, beispielsweise optische Atomuhren, die auf Atome basieren, welche deutlich schneller oszillieren als Cäsium. Diese ermöglichen eine immer genauere und konsistentere Definition der Sekunde.
Die optische Atom-uhr
Ein weiterer wichtiger Schritt in dieser Richtung wurde von den Metrologen des Vtt Mikes unternommen, die in ihrer aktuellen Studie eine Strontium-Ionen-Uhr präsentierten, die eine systematische Unsicherheit (oder systematischen Fehler) von bemerkenswert niedrigen 7,9×10⁻¹⁹ aufweist, was zu den niedrigsten Werten gehört, die jemals registriert wurden. Im Laufe von 10 Monaten wurde, wie die Forscher berichten, die Frequenz der Uhr bezüglich der Internationalen Atomzeit (TAI) gemessen, einer Zeitreferenz, die von einer Zusammenstellung von Atomuhren weltweit aufrechterhalten wird, mit einer beeindruckenden Betriebszeit von 84 %. Die Gesamtunsicherheit dieser letzten Messung war rekordverdächtig und betrug lediglich 9,8×10⁻¹⁷. “Nach unserem Wissen handelt es sich hierbei um die genaueste gemessene optische Frequenz, die bisher veröffentlicht wurde”, heißt es in der Studie.
Im Einklang mit dem technologischen Fortschritt
Mit der zunehmenden Digitalisierung unserer Gesellschaft wächst auch der Bedarf an präziseren Uhren, um sicherzustellen, dass unsere Zeitmessung mit dem technologischen Fortschritt Schritt hält. „Optische Uhren mit niedriger systematischer Unsicherheit und hoher Zuverlässigkeit sowie Kontinuität mit der derzeit auf Cäsium basierenden Definition sind Kriterien, die erfüllt sein müssen, bevor eine Neudefinition vorgenommen werden kann“, kommentierte der Autor Thomas Lindvall. „Unsere Studie hat einen signifikanten Beitrag in dieser Hinsicht geleistet.“ Die endgültige Genehmigung für die neue Definition der Sekunde wird voraussichtlich innerhalb des nächsten Jahrzehnts international angenommen.
