Lasergekühlte Atome

Die kalte Atomuhr basiert auf Atomphysik, aber im Gegensatz zu den meisten Atomuhren verwendet sie eine Laserkühlung, um extreme Präzision sicherzustellen. Eine mechanische Uhr verliert pro Tag fast eine Sekunde, eine Quarzuhr etwa eine Sekunde alle zehn Tage und eine Wasserstoff-Atomuhr eine Sekunde über Millionen von Jahren. Die kalte Atomuhr übertrifft Liu zufolge all diese in Genauigkeit.

Ihre Präzision begründet sich durch die Schwerelosigkeit im Weltraum und die extreme Kälte der Atome, die sie verwendet. Laserstrahlen stabilisieren dabei die Atome und halten sie so künstlich kalt. Durch die Beobachtung ihrer Bewegung, können Wissenschaftler eine präzisere Zeitmessung als auf der Erde erreichen.

Die Laserkühltechnik kompensiert den Einfluss der thermischen Bewegung der Atome, die zufällige Bewegung der Partikel durch Hitze. „Wir verwenden Laserkühltechnik, um die Atome auf Temperaturen zu verlangsamen, die herkömmliche Kühltechnik nie erreichen könnte, sodass sie fast regungslos verharren. Durch die Beobachtung der annähernd statischen Atome, machen wir unsere Messungen präziser.“

Die kalte Atomuhr soll einen neuen genaueren Zeitstandard setzen und durch Synchronisation, die anderen Atomuhren der Welt verbessern. „Von einem genaueren Uhrensystem im Weltraum profitieren wir auch auf der Erde“, so Liu, da dadurch erhebliche Verbesserungen der Navigationsdienste und der Positionierungsgenauigkeit ermöglicht werden.

Die Zeit wird kommen

Die lasergekühlte Atomuhr befindet sich derzeit noch im Standby-Modus, bis die Astronauten ihren 30-tägigen Besuch an Bord von Tiangong-2 beendet haben. „Das bedeutet, dass der Hauptteil der Uhr derzeit noch nicht im Betrieb ist und nur einige Teile bereits laufen“, erklärt Liu. Dies soll die Sicherheit der Astronauten und die Genauigkeit der Daten garantieren, da die Messgenauigkeit durch menschliche Aktivitäten beeinträchtigt werden könnte.

Die Experimente der Uhr an Bord von Tiangong-2 stellen jedoch nur den ersten Schritt von Lius ambitionierten Plänen dar. Gleich mehrere Atomuhren sollen bis 2020 auf der geplanten chinesischen Raumstation installiert werden, um weitere Experimente durchzuführen.

Dabei sollen drei Arten von Atomuhren kombiniert werden: eine Wasserstoff-Uhr, eine lasergekühlte Atomuhr und eine optische Uhr. Liu geht davon aus, dass zukünftig optische Uhren, die hochfrequente Lichtstrahlen zur Zeitmessung nutzen, immer wichtiger werden: „Unser letztendliches Ziel ist es, eine Uhr zu konstruieren, die nie auch nur eine eine Sekunde zu schnell oder zu langsam geht, solange das Universum existiert.“