Atomuhr – Zeitbestimmung anhand der Frequenz der Atome

Mit dem technologischen Fortschritt und der Überwindung von Entfernungen wird unser Leben immer schneller. Der Bedarf an einer genauen Zeitmessung ist dringend, und Atomuhren erfüllen diesen Bedarf mit einer Abweichung von nur einer Sekunde in 100 Millionen Jahren.

Uhren messen im Allgemeinen den Zeitablauf, indem sie die Schwingungen eines Resonators zählen – beispielsweise eines Pendels, der Schwingungen des Stromnetzes oder eines Quarzkristalls. Ihre Genauigkeit wird anhand der Genauigkeit des Resonators bei einer bestimmten Frequenz gemessen. Doch obwohl all diese Resonatoren mehr oder weniger genau sind, lässt sich die Zeit nahezu unendlich unterteilen. In gewisser Weise geben Atomuhren also die Antwort auf die Frage: „Wie genau ist genau genug?“

Entgegen dem, was man zunächst vielleicht glauben könnte, sind Atomuhren keine tickenden Bomben der nuklearen Zerstörung. Sie nutzen lediglich die Resonanzfrequenzen von Atomen als Resonator (ähnlich wie das Pendel in der Uhr Ihrer Großmutter). Doch dies ist nicht der einzige Grund, warum Atomuhren zuverlässigere Zeitmesser sind: Die Schwingungen der Atomkerne unterliegen keinen Schwankungen durch Faktoren wie Stromausfälle, Luftfeuchtigkeit oder einfache Nachlässigkeit, die die Genauigkeit herkömmlicher Uhren beeinträchtigen würden. Daher können sie die Zeit konstant mit einer winzigen Fehlermarge messen.

Zwar ist eine Atomuhr für die Organisation Ihrer Termine nicht besonders nützlich, doch ihre Genauigkeit ist von entscheidender Bedeutung für Systeme wie Mobilfunk, Festnetztelefonie, das Internet, GPS, Luftfahrtprogramme und digitales Fernsehen, bei denen Präzision im Bruchteil einer Sekunde den Unterschied zwischen Ausfall und Funktionsfähigkeit ausmachen kann.

GMT wurde als Standard aufgegeben, da die Erdrotation nicht präzise ist und nicht die Genauigkeit der Atomuhren erreicht, die zur Zeitmessung eingesetzt werden. Daher werden Schaltsekunden hinzugefügt, um UTC und die Erdrotation in Einklang zu halten. Die Zeit in verschiedenen Zeitzonen wird als Versatz oder Differenz zur UTC berechnet und als „UTC+“ oder „UTC-“ ausgedrückt, wobei die Anzahl der Stunden und Minuten angegeben wird, um die sich die Zeit unterscheidet. Die Beobachtungen am Royal Observatory in Greenwich wurden 1954 eingestellt, doch dient es nach wie vor als Standort, der die Grundlage für das Koordinatensystem bildet. Obwohl sich GMT und UTC grundlegend unterscheiden, werden sie oft synonym verwendet, da sie denselben Zeitpunkt bezeichnen.