09-10-2026
09-10-2026
Laut einem in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlichten Forschungsartikel haben chinesische Wissenschaftler eine Atomkernuhr entwickelt und einen stabilen Betrieb erreicht, indem sie die hochpräzise Zeitmessung von Elektronenübergängen innerhalb von Atomen auf Übergänge innerhalb von Atomkernen verlagert haben.
Festkörper-Atomkernuhren bieten potenzielle Vorteile bei der Miniaturisierung und in den Ingenieurswissenschaften. Sie sollen die Anforderungen an hochpräzise Zeit und Frequenzen bei der Satellitennavigation und der Erforschung des erdfernen Weltraums erfüllen.
Die Atomkernuhr nutzt Laser, um präzise Übergänge des Energieniveaus im Atomkern von Thorium-229, einem speziellen radioaktiven Isotop, anzutreiben. Sie verwendet die Frequenz dieser Kernübergänge als Zeitreferenz. Die Forscher bauten das Gerät mit einem selbst entwickelten Vakuum-Ultraviolettlaser mit einer Wellenlänge von 148 Nanometern und einem mit Thorium-229 dotierten Calciumfluoridkristall.
Die neue Uhr werde voraussichtlich einen Zeit- und Frequenzstandard der nächsten Generation setzen und einen wichtigen Durchbruch auf dem Gebiet der Quantenpräzisionsmessung darstellen, sagte Zhai Hui, Leiter der Fakultät für Physik an der Tsinghua-Universität.
„Die erfolgreiche Entwicklung und der stabile Betrieb der Atomkernuhr bedeuten, dass sich die Fähigkeit der Quantenmanipulation auf die nukleare Ebene ausgeweitet hat“, so Zhai.
Atomuhren nutzen Übergänge zwischen bestimmten Energieniveaus von Elektronen innerhalb von Atomen als Frequenzreferenz und sind damit die genauesten Zeitmessgeräte, die es bisher gibt. Die Atomkernuhr nutzt jedoch Übergänge zwischen verschiedenen Kernenergieniveaus zur Zeitmessung.
Da die Atomkernskala viel kleiner ist als die Atomskala und Übergänge auf Kernebene weniger empfindlich auf einige externe elektromagnetische Störungen reagieren können, wird erwartet, dass Atomkernuhren einen präziseren und praktischeren Zeit- und Frequenzstandard liefern als Atomuhren.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Ding Shiqian, außerordentlichem Professor an der Fakultät für Physik der Tsinghua-Universität, entwickelte den weltweit ersten Vakuum-Ultraviolettlaser mit einer Wellenlänge von 148 Nanometern und löste damit die zentrale Herausforderung der Lichtquelle, nämlich die präzise Steuerung von Energieniveauübergängen im Thorium-229-Atomkern.
In Zusammenarbeit mit Partnern sei ein mit Thorium-229 dotierter Calciumfluoridkristall mit nur 1,4 Mikrogramm Thorium-229 entwickelt und damit eine zentrale technologische Grundlage für die Entwicklung der Atomkernuhr gelegt worden, so die Forscher.
„Wir haben ein komplettes technologisches System aufgebaut, das die Schlüssellichtquelle, den Kristall der Atomkernuhr, das nukleare Übergangsspektrum und den Betrieb im geschlossenen Regelkreis abdeckt“, sagte Ding.
