Scandium-Atomuhren: Pünktlich für 300 Mrd. Jahre

Heutige Atomuhren basieren auf Oszillatoren mit Cäsium, die bei Anregung durch Mikrowellenstrahlung mit einer sehr stabilen Frequenz schwingen. Die NIST-F2-Uhr des National Institute of Standards and Technology des US-Handelsministeriums beispielsweise würde in 300 Millionen Jahren weder eine Sekunde vor- noch nachgehen.

Doch die Wissenschaftler wollen das noch perfektionieren und die Schwingung des Atomkerns - und nicht der Elektronenhülle – nutzen.

Am europäischen Röntgenlaser XFEL haben die Forscher mit dem Element Scandium einen vielversprechenden Kandidaten gefunden. Es ist als hochreine Metallfolie oder als Scandiumdioxid-Verbindung erhältlich. Die Atomresonanzen des Elements sind viel ausgeprägter als die der Elektronen in der Atomhülle.

Allerdings ist es schwieriger, sie zum Schwingen zu bringen: Es wird Röntgenstrahlung mit einer Energie von 12,4 keV benötigt werden, was etwa dem 10 000-fachen der Energie von sichtbarem Licht entspricht. Die Forscher zeigten eine Resonanzbreite von nur 1,4 feV (1,4 x 10^-15 eV, der SI-Einheiten-Präfix f steht für femto, ein Billiardstel), was eine Genauigkeit von 1:10 000 000 000 000 möglich machen könnte.

Ralf Röhlsberger, Forscher am Deutschen Elektronen-Synchrotron, war Teil des Teams. Er sagte, die mögliche Genauigkeit einer Atomuhr mit Scandium entspreche 1 s in 300 Mrd. Jahren. Das heutige Universum ist erst etwa 15 Mrd. Jahre alt. Die Forschungsgruppe wurde von Yuri Shvyd'ko, leitender Physiker am Argonne National Laboratory in Lemont, Illinois, geleitet. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

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