Kernuhren sind genauer als Atomuhren.
Die Kernuhr gilt als weit leistungsfähiger als die Atomuhr, welche die Dauer einer Sekunde durch Energiesprünge in den Elektronen der Atome bestimmt und derzeit den Höhepunkt der Zeitmessung darstellt.
Allerdings haben Forscher vor kurzem eine Technik entwickelt, mit der diese Präzision verbessert werden kann, indem Schwingungen in einem noch schwierigeren Ziel ausgelöst und gemessen werden: dem Atomkern (der Atomkern ist der Kern eines Atoms).
So funktioniert eine Kernuhr: Wissenschaftler messen die Frequenz von Energieimpulsen, die auf den Atomkern treffen, indem sie die Wellenlängen im UV-Signal zählen. Wellenlängen können dazu führen, dass Kernübergänge bei höheren Frequenzen schwingen, was präzisere Zeitmessungen ermöglicht. Foto: Nationales Institut für Standards und Technologie
Für die Kernuhr nutzten Wissenschaftler ultraviolettes Licht, um die Kerne eines Thorium-229-Atoms in einem festen Kristall anzuregen. Anschließend maßen sie die Frequenz der Energieimpulse, die auf den Kern trafen – das Äquivalent eines Pendels in einer herkömmlichen Uhr – und zählten die Wellenlängen des UV-Lichts mithilfe eines sogenannten optischen Frequenzkamms.
Zur Erzeugung von Energiesprüngen im Atomkern ist ein Signal mit einer wesentlich höheren Frequenz erforderlich als das für eine Atomuhr. Durch die höhere Anzahl an Wellenzyklen pro Sekunde verspricht man sich von dieser Methode genauere Zeitmessungen.
Obwohl die Arbeit an der Atomuhr noch in der Entwicklung ist, sind sie sich bewusst, dass sie nicht nur die Zeitmessung, sondern auch die physikalische Forschung grundlegend verändern und sogar die Art und Weise beeinflussen könnte, wie Wissenschaftler die Struktur des Universums untersuchen.
Der Prototyp ist bereits so genau wie eine Atomuhr, und künftige Versionen werden voraussichtlich noch genauer und stabiler sein, heißt es in einer am 4. September in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Studie.
„Es gibt einige Faktoren, die wir nutzen können, um die Genauigkeit zu verbessern“, sagte der Hauptautor der Studie, Chuankun Zhang, ein Doktorand am JILA, einem von der University of Colorado Boulder und dem National Institute of Standards and Technology finanzierten Forschungszentrum.
Physische Revolution?
Bekanntlich ist die Genauigkeit von Atomuhren viel höher als die von herkömmlichen Uhren. Atomuhren werden seit Jahrzehnten in der GPS-Technologie zur Weltraumforschung und zur internationalen Zeitmessung eingesetzt.
Darüber hinaus haben die Präzision und Stabilität der Atomuhren den Wissenschaftlern wichtige Werkzeuge für die Erforschung von Erdbeben, Gravitationsfeldern und der Raumzeit an die Hand gegeben.
Um die Kernuhr zum Laufen zu bringen, nutzten Wissenschaftler ultraviolettes Licht, um die Kerne in Thorium-229-Atomen anzuregen. Foto: JILA
Allerdings besteht auch bei Atomuhren die Gefahr, die Synchronisierung zu verlieren. Elektromagnetische Interferenzen können angeregte Elektronen stören und die Genauigkeit der Zeitmessung beeinträchtigen, sagt Autor Zhang.
Diese Bereiche werden wahrscheinlich „angestoßen“, sagt Dr. Olga Kocharovskaya, emeritierte Professorin für Physik an der Texas A&M University, die nicht an der Forschung beteiligt war.
Sie fügte hinzu, dass Kernuhren nicht nur genauer, sondern auch einfacher und tragbarer seien, da sie im Gegensatz zu Atomuhren keine Hochvakuumbedingungen, extreme Kühlung oder Abschirmung gegen magnetische und elektrische Störungen erforderten.
Obwohl den Wissenschaftlern zufolge noch viele Dinge zu tun sind, bevor Kernuhren die Leistung von Atomuhren übertreffen oder sie ersetzen können, zeigen diese Erkenntnisse, dass dieser Zeitpunkt nicht mehr weit entfernt ist.
Ha Trang (laut CNN)
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Quelle: https://www.congluan.vn/dong-ho-hat-nhan-den-gan-thuc-te-nho-nhung-dot-pha-vat-ly-moi-post312059.html
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