Wissenschaftlern von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) ist es gelungen, die derzeit genaueste optische Einzelionen-Uhr der Welt zu bauen. Aktuell beruht die Definition und Darstellung einer Sekunde auf Atomuhren, bei denen Zäsiumatome mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung zur Resonanz angeregt werden. Sie laufen so präzise, dass Jahrmillionen verstreichen müssen, bis sie eine Sekunde falsch gehen. Die Ytterbium-Uhr, die die PTB-Forscher nun entwickelt haben, erreicht noch einmal eine etwa 100-fach höhere Genauigkeit: Mit einer relativen Messungenauigkeit von lediglich 3*10^-18 Sekunden erreicht sie einen Wert, der bisher nur im Rahmen theoretischer Modelle vorhergesagt werden konnte.

Die Forscher machten sich dabei die Tatsache zu Nutze, dass Ytterbiumionen gleich über zwei Referenzzustände verfügen, die für eine optische Uhr genutzt werden können, von denen einer eine extrem lange natürliche Lebensdauer von mehreren Jahre besitzt. Die Wellenlängen, die für die Anregung benötigt werden, lassen sich zudem zuverlässig und vergleichsweise kostengünstig mit Halbleiterlasern erreichen.

Dass solche optischen Atomuhren ganz grundsätzlich bald den klassischen Zäsium-Uhren den Rang ablaufen werden, gilt bereits als sicher: Sollte die SI-Sekunde in Zukunft neu definiert werden, gibt mit Sicherheit eine optische Atomuhr den Takt an.