Die Super-Atomuhr

News: Die Super-Atomuhr

Heutige Atomuhren richten sich extrem genau nach der Zeit, die bestimmte Atome (meist Cäsium) brauchen, um zwischen zwei Zuständen hin und her zu wechseln. Da sie jedoch stets viele Atome gleichzeitig beobachten, kann es zu winzigen Abweichungen vom Idealverhalten kommen. Dieses Problem läßt sich im Prinzip mit der neuesten Super-Atomuhr vermeiden, da all ihre Taktgeber ein einziges 'Super-Atom' bilden. Nur einen Nachteil hat das Hightech-Vorbild an Genauigkeit noch: Es läßt sich an ihr nur ein einziges Mal die Zeit ablesen.

Auf der Conference on Precision Electromagnetic Measurement haben Carl Wieman von der University of Colorado in Boulder und dem Joint Institute for Laboratory Astrophysics und seine Kollegen am 6. Juli 1998 die Entwicklung der ersten Uhr präsentiert, deren Zeit-zählende Atome als Bose-Einstein-Kondensat vorliegen.

Heutige Atomuhren zählen, wie Atome sehr schnell und genau zwischen zwei leicht unterschiedlichen Zuständen wechseln – in einem weisen die Spins von Elektron und Kern in dieselbe Richtung, im anderen sind die Spins entgegengesetzt. Um überhaupt ein meßbares Signal zu erhalten, beobachten die Uhren Hunderte oder Tausende Atome zugleich. Doch bei solch großen Anhäufungen können die Atome miteinander wechselwirken, sich beeinflussen und sogar ganz leicht unregelmäßig ticken. Ideal wäre daher eine Uhr, die sich auf ein einzelnes Atom als Taktgeber konzentriert.

Etwas ähnliches haben Wieman und seine Mitarbeiter verwirklicht. Sie fingen eine halbe Million Rubidium-Atome in einer magnetischen Falle und kühlten sie auf extrem niedrige Temperaturen ab, bis die Atome sich zu einem Bose-Einstein-Kondensat verbanden. Darin befinden sich alle Atome im gleichen Quantenzustand und reagieren wie ein einziges "Super-Atom". Durch einen Laserblitz stellten die Forscher ein zweites Kondensat her, in welchem die Atome einen leicht anderen Zustand einnahmen. Die Atome wechselten sodann zwischen den beiden Zuständen hin und her, wie das Ticken einer Uhr.

Mit einem zweiten Laser vermochten die Physiker abzulesen, wieviele Atome gerade in welchem Kondensat waren. "Sie können es sich als die erste Bose-Einstein-Kondensat-Uhr vorstellen", meint Wieman, aber "ich würde nicht viel auf ihre Genauigkeit geben." Das größte Problem ist, daß der ablesende Laserstrahl die Uhr zerstört. Außerdem könnte das Magnetfeld der Atomfalle die Präzision der Zeitmessung verringern. Die Super-Atomuhr mag also eine große Zukunft haben – doch es wird noch so manche Schwingung dauern, bis das erste Exemplar seinen dauerhaften Dienst antritt.

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