Ein Übergang im Thoriumkern wird 2024 direkt an einer Atomuhr gemessen

Am 4. September 2024 veröffentlichte die Zeitschrift Nature eine Arbeit, an der Thorsten Schumm von der TU Wien und Jun Ye vom JILA in Boulder beteiligt waren.² Sie verband den Übergang im Thoriumkern direkt mit der Frequenz einer Strontium-87-Atomuhr.^1,4 Die Thoriumkerne steckten dabei in einem Kristall aus Calciumfluorid.⁴ Angeregt wurden sie mit einem Frequenzkamm im Vakuum-Ultraviolett, den das Team aus einem Kamm im Infraroten erzeugte.⁴ Das Verhältnis der beiden Frequenzen bestimmte die Gruppe auf zwölf Stellen genau zu 4,707072615078.⁵

Eine Kernuhr würde die Zeit an Vorgängen im Atomkern messen und wäre damit weniger anfällig für äußere Störungen, möglicherweise auch genauer als eine Atomuhr.² Ende der 1970er-Jahre stellten Physiker fest, dass Thorium-229 die kleinste Energielücke aller Atome hat.⁴ Im April desselben Jahres hatten Forschende der TU Wien und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt den Übergang erstmals gezielt mit einem Laser angeregt.^3,1 Damals ließ sich die Frequenz nach Schumm auf einige Gigahertz genau bestimmen, jetzt auf Kilohertz.³ NIST beziffert die Steigerung gegenüber der vorherigen, auf der Wellenlänge beruhenden Messung auf das Millionenfache.²

Nach NIST ist die Laboranordnung noch keine fertige Kernuhr, enthält aber alle wesentlichen Techniken dafür.² Die TU Wien spricht in ihrer Mitteilung von der ersten Atomkern-Uhr, räumt aber ein, dass sie noch nicht genauer misst als eine gewöhnliche Atomuhr.³ Die systematischen Unsicherheiten des Frequenzverhältnisses wollen die Autoren in späteren Arbeiten untersuchen.¹ NIST nennt die Nature-Ausgabe vom 4. September, die LMU München die vom 5. September, auf deren Titelseite die Arbeit stand.^2,5