Ob es darum geht, Läufer bei einem Rennen zu messen, Abendessen zu kochen oder zu versuchen, pünktlich zum Flughafen zu kommen, der Standard Minuten, Sekunden und Millisekunden, die man bei den meisten Digitaluhren findet, sind mehr als genug, um die Leute auf Trab zu halten Zeitplan. Aber es ist möglich, dass Uhren noch viel genauer werden – und eine Uhr, die von Forschern des National Institute of Standards and Technology in Boulder, Colorado, gebaut wurde, beweist dies. Ihre neueste Atomuhr, die genaueste aller Zeiten, kann die Zeit mit einer erstaunlichen Genauigkeit von 18 Stellen anzeigen.
„Seit einigen Jahren wird an der Entwicklung einer neuen Generation von Atomuhren namens optischer Uhr gearbeitet“, sagte Andrew Ludlow, der NIST-Physiker, der das Projekt leitete, gegenüber Digital Trends. „Diese unterscheiden sich von den meisten verwendeten Atomuhren. Der Hauptunterschied besteht darin, dass sie im optischen Bereich arbeiten. Das interne „Ticken“ dieser Uhren erfolgt mit einer viel, viel höheren Frequenz als bei den meisten Atomuhren. Ein herkömmliches System könnte eine Tickrate haben, die eher einer Milliarde Mal pro Sekunde entspricht. Diese neuen optischen Uhren schwingen inzwischen mit einer Geschwindigkeit von einer Billiarde Mal pro Sekunde. Dadurch wird die Zeit in feinere Intervalle unterteilt, was uns eine verbesserte Messung der Auflösung der [Zeitmessung] ermöglicht.“
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Die von Ludlow und seinen Kollegen entwickelte optische Gitteruhr misst die Schwingungen von a Ytterbium-Atom. Sein Atompendel schwingt mit einer Geschwindigkeit von 500 Billionen Mal pro Sekunde.
Angesichts der Tatsache, dass wir die Zeitmessung einer normalen Uhr messen würden, indem wir sie mit einer Uhr vergleichen, von der wir wissen, dass sie genau ist, erweist sich laut Ludlow das Testen eines völlig neuen Maßstabs für Genauigkeit als schwierig. Um die Konsistenz zu überprüfen, baute das Team zwei separate Modelle der Atomuhr und testete sie anschließend beide an getrennten Orten, an denen die Schwerkraft normalerweise zu geringfügigen Veränderungen führen würde Zeitmessung.
„Jede Messung, die wir durchführen, wird tatsächlich durch die Leistung des bestehenden Benchmarks begrenzt“, sagte er. „Wirklich, das Einzige, was man tun kann, ist, zwei unterschiedliche Systeme aufzubauen und zu versuchen, relative Vergleiche zwischen ihnen anzustellen, um zu zeigen, dass sie miteinander konsistent sind.“
Die Ergebnisse zeigten, dass die Uhr in ihrer Zeitmessung so stabil ist, dass sie in 14 Milliarden Jahren nicht mehr als eine einzige Sekunde gewinnt oder verliert. Wie Ludlow sagte, liegt es „über den Rahmen der menschlichen Wahrnehmung hinaus“, den Unterschied zu bestehenden Atomuhren zu bemerken. Es gibt jedoch Anwendungen, bei denen sich dies als nützlich erweisen kann. Im Labor könnte es zum Nachweis verwendet werden mysteriöse Substanz, die als Dunkle Materie bekannt ist. Eine eher erdgebundene Anwendung wird die Verbesserung von Navigationssystemen umfassen, damit diese den Standort von Objekten genauer triangulieren können.
Ein Papier, das das Projekt beschreibt, war kürzlich in Nature veröffentlicht.
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