Chinesische Wissenschaftler haben eine Uhr entwickelt, die so genau ist, dass sie zu einer Neudefinition der Sekunde und einem ultrapräzisen globalen Zeitstandard führen könnte.
Die neue optische Uhr ist so genau, dass sie über einen Zeitraum von rund 30 Milliarden Jahren weniger als eine Sekunde verliert oder gewinnt.
Das heißt, wenn die Uhr länger als doppelt so alt wäre wie das aktuelle Alter des Universums, würde sie nur um eine Sekunde abweichen, so Forscher der Universität für Wissenschaft und Technologie in China.
Optische Uhren können Sekunden bis auf 19 Dezimalstellen messen und sind die präzisesten Zeitmessgeräte, die derzeit erhältlich sind.
Sie messen die Zeit anhand der Frequenz des Lichts, das beim Übergang von Elektronen zwischen Energieniveaus in Atomen emittiert wird.
Solche Uhren liefern hochpräzise Zeitreferenzen für moderne Technologien wie Satellitennavigation, Telekommunikation und Präzisionsmessungen.
Optische Uhren werden auch zum Testen grundlegender physikalischer Prinzipien sowie zum Nachweis von Gravitationswellen und Dunkler Materie eingesetzt.
Bisher war es den Wissenschaftlern nicht gelungen, hochpräzise Uhren mit einer Genauigkeit von mehr als 10⁻¹⁹ herzustellen, die über Dutzende von Milliarden Jahren nur etwa eine Sekunde verlieren oder gewinnen würden.
Laut einer in der Fachzeitschrift veröffentlichten Studie könnten Forscher mit der neu erreichten Genauigkeit die Tür zu einer Reihe bahnbrechender Anwendungen öffnen Metrologie.
Die neue Uhr könnte winzige millimetergenaue Beobachtungen der Schwerkraft und Höhe ermöglichen und die Verformung der Erdkruste, Grundwasserveränderungen sowie präzisere Messungen der vulkanischen Aktivität überwachen.
Während die Sekunde ursprünglich als 86.400stel eines Tages definiert wurde, handelte es sich dabei nicht um eine präzise Messung für wissenschaftliche Anwendungen.
Im Jahr 1967, mit dem Aufkommen der Atomuhren, definierte das Internationale Einheitensystem in Frankreich die Sekunde als 9.192.631.770 Schwingungen des Cäsium-133-Atoms.
Es schien jedoch noch Raum für Verbesserungen zu geben, da sich herausstellte, dass optische Uhren präziser sind.
Jetzt könnten mit genaueren optischen Uhren neue Ansätze zur Erkennung dunkler Materie möglich sein, indem niederfrequente Signale erfasst werden, die möglicherweise durch Wechselwirkungen mit dunkler Materie induziert werden, sagten Wissenschaftler.
„Diese Leistung erfüllt die 2 x (10^-18) Einzeltakt-Genauigkeitsanforderung zur Neudefinition der SI-Sekunde“, heißt es in der Studie und fügte hinzu, dass sie zu „hochauflösenden Suchen nach dunkler Materie“ führen könnte.
Um die Sekunde neu zu definieren, müssen mindestens drei solcher optischer Uhren mit einem gewissen Maß an Präzision und Stabilität an verschiedenen Institutionen eingesetzt werden.
Derzeit haben bereits zwei weitere optische Uhren diesen Meilenstein überschritten, und da sich weitere solcher ultrapräzisen Uhren zusammenschließen, könnten die Kriterien für eine Neudefinition der Sekunde bald erfüllt sein, sagten Wissenschaftler.
