Gesundheit: Atomuhren – so groß wie Reiskörner Die Zeitmesser sollen Massenprodukt werden

Achtung, nicht fallen lassen. Zwar ist die Uhr nicht besonders zerbrechlich, doch könnte es schwierig werden, sie wieder zu finden. Denn die kleinste Atomuhr der Welt ist nur so groß wie ein Reiskorn. Derzeit ist der Winzling noch ziemlich teuer, denn es handelt sich um den Prototypen des amerikanischen „National Institute of Standards and Technology“ (NIST) in Boulder Colorado. Dort wird der Zeittakt für die USA vorgegeben, ähnlich wie es die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig für Deutschland tut.

Die Forscher um John Kitching, die den Zeitmesser jetzt im Fachmagazin „Applied Physics Letters“ vorstellten, sehen ihre Entwicklung demnächst als preisgünstiges Massenprodukt. Die Mini-Atomuhr könnte in tragbaren Geräten zur Satellitennavigation (GPS) oder zur Synchronisation von Kommunikationsnetzwerken eingesetzt werden.

Der große Vorteil ist die Kombination von Kleinheit und Genauigkeit. Denn die Uhr geht in 300 Jahren nur eine Sekunde falsch, sagt die deutsche Physikerin Svenja Knappe, die dem NIST-Entwicklerteam angehört. Diese Exaktheit reicht dem Normalbürger gewiss aus. Er könnte die Uhr getrost vererben, erst etwa ab der zehnten Generation seiner Nachfahren wäre eine Sekunden-Differenz zur Normzeit feststellbar.

Für Robert Wynands wäre der Zeitmesser allerdings viel zu ungenau. Der Leiter der Arbeitsgruppe Zeitnormale an der PTB toleriert gerade mal eine Ungenauigkeit von einer Sekunde in 32 Millionen Jahren. „Das ist der Stand der Technik“, sagt der Physiker. Der Tribut der Exaktheit ist allerdings die Größe, die Braunschweiger Atomuhr ist groß wie ein Schrank. Dabei wird der Takt – anders als bei mechanischen Uhren, die eine Unruh haben, oder bei Quarzuhren, die einen Kristall beherbergen – von Atomen angegeben. Es handelt sich um Cäsium-133-Isotope, die verschiedene Energieniveaus einnehmen können. Die Atome werden mit Mikrowellen bestrahlt, bis sie ihren Energiezustand ändern. „Nach exakt 9192631770 Schwingungen dieser Strahlung ist eine Sekunde vergangen“, sagt Wynands.

Durch Verwendung eines Laserstrahls anstelle von Mikrowellen lässt sich die Apparatur verkleinern. Nach dieser Methode sind die NIST-Forscher vorgegangen. Der Taktgeber ihres Zeitmessers ist nur vier Millimeter lang und eineinhalb Millimeter dick. Mit Stromversorgung und Steuerung beträgt das Volumen der Uhr nur etwa einen Kubikzentimeter. Damit ist sie portabel, falls sie so wenig Strom verbraucht, dass der Betrieb per Batterie möglich ist.

Auch der Informationsaustausch könnte schneller werden. Denn beim Versenden von Daten, etwa als Funkwellen vom Handy zum Sendemast, müssen die Informationen in exakte, zeitliche Reihenfolge gebracht werden, sonst ist Chaos auf der Datenautobahn vorprogrammiert.

Paul Janositz