MIT-Forscher tüfteln an Atomuhren für unterwegs

Zwar existieren bereits solche Uhren in der Grösse eines Chips. Deren Genauigkeit und Zuverlässigkeit erreichen aber bei weitem nicht die der sogenannten Fontänenuhren - der klassischen grossen Atomuhren, die international den Zeitstandard definieren.

Bessere Lokalisierung

«Die am MIT entwickelte Technologie funktioniert wesentlich genauer als die bisher vorhandenen und ich gehe davon aus, dass sie bald so weit entwickelt sein wird, um in mobilen Geräten verbaut werden zu können. Für diese Technik brauchen wir noch fünf Jahre», erläutert Thorsten Schumm vom Atominstitut der Technischen Universität Wien im Gespräch.

Ein möglicher Nutzen zukünftiger kompakter tragbarere Atomuhren könnte überall dort liegen, wo GPS-Signale nicht zuverlässig sind - unter Wasser, in Gebäuden oder wenn bei militärischen Einsätzen Störsender zum Einsatz kommen. Eine Schwäche der alten wie auch der neuen Generation mobiler Atomuhren sieht Schumm jedoch im Energieverbrauch der Gadgets.

«Der Energieverbrauch einer Atomuhr am Handgelenk ist problematisch, man müsste einen kleinen Akku sehr oft aufladen. Ab einer bestimmten Genauigkeit hat eine Uhr beim Ablesen der Zeit durch einen Menschen aber ohnehin keinen zusätzlichen Nutzen mehr», so Schumm.




Zudem ermögliche eine Vielzahl von mobilen Geräten, die relativ genau die Zeit erfassen, deren bessere Lokalisierung.

Laserstrahlen im Einsatz

Der im Journal «Physical Review A» veröffentlichte neue Ansatz der MIT-Forscher entstand durch eine Reihe von Abwandlungen der klassischen Atomuhren: Die Messung der Resonanz der Cäsium-Atome erfolgt nicht mehr während einer Einstrahlung von Mikrowellen, sondern mit Laserstrahlen. Denn Laserstrahlen ermöglichen einen gezielteren Einsatz und eine kompaktere Gestaltung der Uhr.

Durch den Einsatz von Lasern entsteht jedoch ein elektrisches Feld - auch bekannt als «dynamischer Stark-Effekt». Dieser Umstand wiederum kann die Schwingungen der Atome und somit das Messergebnis der Uhr beeinträchtigen. Durch ein graduelles Variieren der Intensität und der Frequenz der eingesetzten Laserstrahlen ist es jedoch gelungen, den dynamischen Stark-Effekt erheblich zu reduzieren.

Die so entwickelte Uhr kann die Zeit in Abständen von zehn Millisekunden messen. Das ist zwar weniger genau als die Messungen der Fontänenuhren, kommt diesen aber angesichts der kompakten Abmessungen beeindruckend nahe - und das sogar unter Erschütterungen, was sie zur tragbaren Atomuhr macht. Die Forscher streben nun eine weitere Miniaturisierung für den Einbau in mobile Geräte an.