Moderne Zeitmessung: Was Atomuhren über ihren Standort verraten

Für Wissenschaftler sind schwingende Pendel und andere Uhren nicht nur Zeitmesser, sondern Erkenntnisinstrumente. Im Laufe der Jahrhunderte ersannen sie immer neue Pendelapparaturen, um die Erdabplattung und das Schwerefeld der Erde zu vermessen. Auch der Gang moderner Präzisionsuhren wird durch das Gravitationsfeld am jeweiligen Ort beeinflusst. Chin-Wen Chou vom National Institute of Standards and Technology in Boulder in den USA und seine Kollegen verglichen kürzlich den Gang zweier moderner, baugleicher Atomuhren miteinander. Diese „optischen Atomuhren“ messen keine Mikrowellenstrahlung mehr, wie sie bei klassischen Atomuhren von Cäsium-Atomen erzeugt wird. Sie nutzen eine viel schneller oszillierende Strahlung: sichtbares Licht, das von einem einzelnen, in einer Falle gefangenen Aluminium-Ion ausgeht. Die Forscher stellten ihre Uhren in benachbarten Laboren in unterschiedlicher Höhe auf. Zunächst betrug der Höhenunterschied 17, dann 33 Zentimeter. Bereits derart kleine Differenzen genügten, dass die höhere Uhr messbar schneller tickte. Diese Änderung der Uhrenfrequenz war im Einklang mit Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Derzeit arbeiten Forscher der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik in Garching daran, die präzisen, sensiblen Messsignale optischer Atomuhren über weite Strecken zu übertragen. Wie sie im Fachjournal „Physical Review Letters“ berichten, haben sie mit einem Glasfaserkabel erstmals eine Distanz von fast 2000 Kilometern überbrückt. Sie konnten den Gangunterschied der beiden Atomuhren ermitteln und zentimetergenau errechnen, in welcher Höhe die jeweils andere stand. Künftig könnten solche Verfahren bei der Vermessung der Welt helfen.