Die Kleinste Uhr der Welt

Ein Einsatzgebiet für die kleinste Uhr der Welt in der Zukunft
Ein Einsatzgebiet für die kleinste Uhr der Welt in der Zukunft

Die kleinste Uhr der Welt lässt sich auf die Größe eines Reiskorns reduzieren, sieht man vom Armband und dem Ziffernblatt zur Zeitanzeige oder anderen Gehäusen von mit solch winzig kleiner Uhr betriebenen Zeitmessern ausgestatteten Geräten ab. Die präzise Atomuhr ist nicht nur klein, sondern mit einem Stromverbauch von gerade mal 75 Milliwatt, der sich schon aus einer Batterie mit 2,5 Volt speisen lässt, ausgesprochen energiesparend und vielseitig in allen Geräten, die sich vor allem durch Eigenschaften wie Genauigkeit auszeichnen wie GPS-Navigations- und andere satellitengesteuerte Geräte oder zur Synchronisation von Netzwerken einsetzbar.

Die kleinste Uhr im Detail

Die Kleinste Uhr der Welt
Die Kleinste Uhr der Welt

Die reiskorngroße Atomuhr bietet mit ihrer ein Kubikmillimeter großen Gaszelle den in sich in ihr befindlichen Cäsiumatomen nicht wirklich viel Platz zum schnellen Hin- und Herschwingen. In anderen Atomuhren kommen auch Wassersoff- oder Rubidiumatome zur extrem genauen Zeitmessung zum Einsatz, deren Schwingungsfrequenz klassisch von Mikrowellen absorbiert wird. In der kleinsten Atomuhr der Welt behilft man sich allerdings eines Diodenlasers zur Bestimmung der Leistung der 80º C heißen Cäsiumwolke zur genauen Messung der Resonanzfrequenz der Cäsiumatome, die unter den gegebenen Bedingungen eine Schwingungsfrequenz von 9,2 Milliarden ausgeführten Bewegungen pro Sekunde aufweisen, die sich wiederum in der genauen Zeitmessung dieser Atomuhr ausdrücken lassen.

Eigenschaften von Cäsium

Das ausgesprochen weiche Leichtmetall  Cäsium mit einer Mohshärte von 0,2 schmilzt bereits bei einer Temperatur von 28,44 º C; der Name des chemischen Elements leitet sich von den beiden Spektrallinien ab, nach denen das chemische Element nachgewiesen wurde, und steht für „himmelblau“. Das radioakive Isotop 137Cs des biologisch unbedeutsamen Elementes ist mit der Tschernobyl-Katastrophe zwar arg in Verruf geraten; in einer mit Cäsiumatomen betriebenen Atomuhr steckt jedoch – vielleicht zur Beruhigung manchen Lesers – kein Atomkraftwerk in Miniaturausgabe.

Geschichte der Atomuhr

Ein Einsatzgebiet für die kleinste Uhr der Welt in der Zukunft
Ein Einsatzgebiet für die kleinste Uhr der Welt in der Zukunft

Der Begriff „Atomuhr“ hört sich immer noch sehr neumodisch an, dabei wurden die ersten Überlegungungen zu einer genaueren Zeitmessung mittels atomarer Bewegungsfrequenz als Taktgeber schon Ende des 19. Jahrhunderts angestellt. Nach dem Zweiten Weltkrieg widmete man sich vermehrt der Umsetzung dazu. Auf den aus den 1930er Jahren stammenden durchgeführten Untersuchungen des US-amerikanischen Physikers Isidor Isaac Rabi aufbauend, stellte Willard Frank Libby 1946 die erste Atomuhr der Welt vor, eine weitere wurde 1949 vom National Bureau of Standards angefertigt. Im Laufe der nächsten Jahre und Jahrzehnte wurden darauf aufbauend immer genauere Atomuhren entwickelt. Zu den neuzeitlicheren Entwicklungen zur Erhöhung der Genauigkeit von Atomuhren gehört der Einsatz von Cäsium-Fontänen. Dabei werden die Cäsumatome durch Abkühlung auf eine Geschwindigkeit von einem Zentimeter pro Sekunde abgebremst. Statt einer Abweichung von einer Sekunde in 300 Jahren wie bei der kleinsten Atomuhr der Welt können Abweichungen auf eine Sekunde in 20 Millionen Jahren reduziert werden.

Eine solche Atomuhr mit Cäsiumfontäne steht etwa im National Institute of Standards and Technology (NIST)  im US-Bundesstaat Colorado und wird unter Anderem zur Messung der Internationalen Atomzeit eingesetzt.

Ähnliche wissenschaftliche Einrichtungen befinden sich in Ägypten, Australien, Brasilien, Frankreich, Indien, Russland und dem Vereinigten Königreich, aber auch viele andere Länder nennen eine übers Handgelenk hinaus zeitmessende Atomuhr ihr Eigen.

Wer sich nicht gerade zur Arbeit als Wissenschaftler eines Labors auf absolut exakte Zeitmessungen verlassen muss, kommt aber auch gut mit einer der im Handel üblich erhältlichen Atomuhren aus, bei denen es sich, um genau zu sein, um Radiowecker auf Atomuhrbasis mit wahrscheinlich größeren als einer wissenschaftlich eingesetzten Atomuhr zugestandenen Abweichungen handelt.

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