Meilenstein beim Bau von ultrapräziser Atomkernuhr erreicht

Japanische Forscher sind der ersten ultrapräzisen Kernuhr einen Schritt nähergekommen. Sie konnten erstmals Thorium-229-Ionen herstellen, einfangen und mit einem Laser untersuchen. Dabei konnten sie wichtige Parameter messen, die für den Bau einer Kernuhr nötig sind. 

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Kernuhren sollen robuster und präziser als Atomuhren funktionieren. Statt den Elektronen, die anfällig für äußere Reize wie Magnetfelder sind, sollen bei Kernuhren die besser geschützten Neutronen im Inneren des Atomkerns genutzt werden. Das Prinzip der Atomuhr wird dabei übernommen: Mithilfe eines Lasers werden die Neutronen angeregt, wodurch ein Phasenübergang entsteht.

Lebensdauer von Thorium bestimmt

Dieser Phasenübergang wird nur bei einer ganz bestimmten Frequenz der elektromagnetischen Energie erreicht. Diese Frequenz konnten Forscher, u.a. von der TU Wien, erst kürzlich bestimmen. Nun haben japanische Forscher des RIKEN Labor für Quantenmetrologie Thorium-229 erstmals eingefangen und seine Lebensdauer bestimmt. 

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Die Lebensdauer beträgt 1.400 Sekunden (etwa 23,3 Minuten). Das sei eine „sehr schöne Lebensdauer für nukleare Uhrenanwendungen“, erklärt Forschungsleiter Atsushi Yamaguchi in einem Statement. Wäre die Lebensdauer zu lang, hätten die Forscher sie nicht messen können. Wäre sie zu kurz gewesen, würde sich Thorium-229 nicht für den Einsatz in einer Kernuhr eignen, erklärt er. 

"Das wurde noch nie zuvor gemacht"

Dass die Lebensdauer überhaupt gemessen werden konnte, ist eine Premiere. Dafür wurden speziell dreifach geladene Thorium-229-Ionen aus Uran hergestellt und eingefangen. Diese wurden dann mit einem Laser angeregt, wodurch sie fluoreszieren und so gut erkennbar werden. 

„Das wurde noch nie zuvor gemacht und einige Personen zweifelten, dass unser Ansatz funktionieren würde“, sagt Yamaguchi. Daher sei er erleichtert, dass die Apparatur funktioniert. In einem nächsten Schritt will das Team einen neuen Laser speziell für eine Kernuhr entwickeln.