In einem Labor der Universität Wien haben Physiker einen Prototyp von Kernuhren entwickelt, die erstmals in der Lage sind, ihre Stabilität selbstständig aufrechtzuerhalten. Das Gerät nutzt Übergänge im Kern des Thorium-229-Atoms und könnte nach vorläufigen Schätzungen die Genauigkeit der besten Atomuhren übertreffen.
Atomuhren beruhen auf Schwingungen von Elektronen, die empfindlich auf äußere Felder und Temperatur reagieren. Kernuhren hingegen arbeiten mit Übergängen innerhalb des Kerns, wo die Teilchen vor den meisten äußeren Einflüssen geschützt sind. Dadurch sind sie potenziell tausendmal genauer.
Die wichtigste Innovation ist der Mechanismus der Selbststabilisierung. Die Wissenschaftler bauten eine Rückkopplung ein, die den Laser, der den Kern anregt, automatisch korrigiert, wenn die Frequenz beginnt zu „driften“. Stellen Sie sich ein Pendel vor, das selbst die Feder nachjustiert, um nicht aus dem Takt zu geraten: Genau so funktioniert das neue System.
Diese Stabilität ebnet den Weg zu neuen Technologien. Genauere Uhren werden die Navigation, die Synchronisierung von Netzwerken und die Suche nach Gravitationswellen verbessern. Sie werden helfen, die fundamentalen Konstanten der Natur zu überprüfen und nach Anzeichen neuer Physik jenseits des Standardmodells zu suchen.
Noch arbeitet der Prototyp unter Laborbedingungen, doch schon in einigen Jahren wird die Übertragung der Technologie auf kompakte Chips erwartet. Dann könnten Kernuhren in Satelliten, U-Booten und sogar in Alltagsgeräten auftauchen, wo äußerste Zeitgenauigkeit gefordert ist.
Die Entdeckung in Wien zeigt, wie sich die Quanteneigenschaften des Kerns von einer theoretischen Idee in ein funktionierendes Gerät verwandeln. Der nächste Schritt ist die Überprüfung der Rekordgenauigkeit unter realen Bedingungen und die Suche nach weiteren Kernen, die für Uhren geeignet sind.
