Präzise Atomuhr mit Ytterbium als Taktgeber steht bereit

Gewöhnliche Atomuhren arbeiten mit Mikrowellen, die etwa mit Hilfe von Cäsium-Atomen stabilisiert werden. Über die Verwendung von Ytterbium-Atomen kann man Strahlung mit einer viel höheren Frequenz verwenden - mit positiven Effekten für die Präzision. Der Takt der neuen Hightech-Uhr soll in weiterer Folge über Glasfaserkabel auch anderen Forschungseinrichtungen in Österreich zur Verfügung gestellt werden, teilte man mit. Der gemeinsame Aufbau der Uhr von TU Wien und BEV ist über die Förderinitiative "Quantum Austria" des Wissenschaftsministeriums und der österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG erfolgt.

Herkömmliche Atomuhren, die etwa auch für die Präzision von GPS-Signalen sorgen, arbeiten mit Mikrowellen im Bereich von einigen Gigahertz. Über die Nutzung von quantenphysikalischen Energieübergängen von Cäsium-Atomen kann die Frequenz dieser Mikrowellen extrem konstant gehalten werden - "dadurch hat man einen präzisen Takt, mit dem man Zeit messen kann", wurde TU-Physiker und Projektleiter Thorsten Schumm in der Aussendung zitiert. Man kann zwar die Frequenz zwecks exakterer Zeitmessung erhöhen, aber damit vergrößert man auch die Ungenauigkeiten der Mikrowellen.

Optische Atomuhren arbeiten hingegen "bei Frequenzen von hundert bis tausend Terahertz, also bei über Zehntausendmal höheren Frequenzen als gewöhnliche Cäsium-Atomuhren. Das sind keine Mikrowellen mehr, das ist bereits sichtbares Licht", so Schumm. Zur Stabilisierung dieser höherfrequenten Wellen kommen Ytterbium-Atome ins Spiel. "Damit werden wir eine Genauigkeit erreichen, die noch einmal zwei bis drei Größenordnungen besser ist als das, was man mit herkömmlichen Atomuhren erreichen kann", so der Forscher, der mit seinem Team bereits an der nächsten Generation der exakten Chronografen arbeitet: In einer "Nature"-Publikation vor einem Jahr (DOI: 10.1038/s41586-024-07839-6) berichtete er über den Bau einer ersten, auf UV-Licht basierenden und durch Thorium-Atomkerne stabilisierten "Atomkern-Uhr", die künftig einmal eine noch höhere Präzision ermöglichen soll. Auch beim Weiterentwickeln und Testen dieser neuen Technologie werde die Ytterbium-Atomuhr eine wichtige Rolle spielen, hieß es.