Die neue alte Atomuhr des National Institutes of Standards and Technology übertrifft sogar sich selbst: Ein Upgrade macht den bisherigen Rekordhalter noch einmal um 50 Prozent genauer, berichten Forscher des Instituts um Jun Ye. Die Genauigkeit des Zeitmessers geben sie mit einem Vergleich an: Über einen Zeitraum von etwa 15 Milliarden Jahren würde ihre Uhr weniger als eine Sekunde falsch gehen.

Das Gerät verwendet als Taktgeber einige Tausend Strontiumatome, die in 400 Gittern aus starken Lichtstrahlen gefangen gehalten werden. Die 30 mal 30 Mikrometer große Säule wird von einem präzisen Laser bestrahlt. Er regt die Atome dazu an, pro Sekunde 430 Billionen Sprünge zwischen zwei Energieniveaus auszuführen, die dann vom System als "Ticken" der Uhr erfasst werden. Die Verbesserungen gegenüber dem Vorgängermodell gelangen dem Wissenschaftlerteam vor allem in der Abschirmung des Geräts gegenüber störenden Umwelteinflüssen. Dank solcher Maßnahmen lässt sich der Apparat nun sogar bei normalen Umgebungstemperaturen betreiben.

Mit Hilfe der Uhr kann man einen merkwürdigen Effekt beobachten, der bereits aus Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie hervorgeht: In unterschiedlichen Höhen vergeht – bedingt durch die jeweils unterschiedliche Gravitationskraft – die Zeit unterschiedlich schnell. Das System am NIST ist den Berechnungen zufolge inzwischen so genau, dass sich damit eine Höhenveränderung um lediglich zwei Zentimeter feststellen lässt.

Damit gerät eine neue Anwendung für Atomuhren in Reichweite, erläutern die Wissenschaftler. Mit einem globalen Netzwerk solcher Atomuhren könnte "relativistische Geodäsie" betrieben werden: Die Anlagen würden genauen Aufschluss über die dreidimensionale Gestalt unserer Erde geben – und entsprechende Daten schneller und häufiger liefern, als es mit konventionellen Methoden möglich ist, so die Forscher. Dazu müsste die Genauigkeit allerdings noch einmal weiter steigen, bis selbst Höhenveränderungen von einem Zentimeter detektiert werden.