Auf die Uhr schauen war gestern:
Neuer Weg zur Zeitmessung entdeckt

Zeit wird durch das Zählen von vordefinierten Maßeinheiten zwischen zwei Zeitpunkten gemessen - Sekunden und Co. wurden nachträglich auch durch grundlegende Eigenschaften der Natur definiert. Wissenschaftler haben jetzt einen neuen Weg gefunden, Zeit einzufangen.

Wellenpakete als Instrument zum Messen der Zeit

Die Messung der Zeit ist eine spannende Wissenschaftsgeschichte. Neben Cäsium-Uhren, die es erlaubten, die Sekunde fest mit messbaren Eigenschaften des Cäsium-133-Atoms zu verbinden, gibt es viele weitere spannende Ansätze für diese Aufgabe - unter anderem optische Gitteruhren, die eine fast unvorstellbare Genauigkeit erreichen. Wie ein Forscherteam der Universität Uppsala in Schweden jetzt in Physical Review Letters schreibt, hat man einen Weg entdeckt, den Lauf der Zeit auf eine ganz andere Weise zu messen.


Dreh und Angelpunkt der Idee, Anhaltspunkte für das Vergehen der Zeit in der Natur der Dinge zu suchen, sind sogenannte Rydberg-Atome. Die Grundidee: Atome werden mit einem Laser angeregt und damit die Elektronen in extrem hohe Energiezustände versetzt - das bedeutet auch, dass sie sich weiter vom Kern entfernen. Der Rydberg-Zustand beschreibt dabei die Bewegung dieser Elektronen, mathematisch nennt man die Charakterisierung auch "Wellenpaket".

Wie die Forscher weiter beschreiben, ergibt sich der neue Weg zur Messung von Zeitabständen aus der Beobachtung der Interaktion solcher Wellenpakete. "Und wenn sich mehrere Wellenpakete im selben Quanten-Teich bewegen", so das Team aus Schweden laut Phys, "erhält man viele verschiedene Arten von Interferenzen mit einer Vielzahl einzigartiger Muster." In diesem Muster bildet sich ab, wie viel Zeit es im Vergleich zu allen anderen Mustern in der Umgebung gebraucht hat, um sich zu entwickeln.

Auf acht Femtosekunden genau

In einer Reihe von Experimenten galt es dann, für die Forscher genau zu überprüfen, ob sich diese individuellen Zeitstempel als Werkzeug für die Zeitmessung nutzen lassen. Der Versuchsaufbau: Heliumatome wurden mit einem Laserpuls und kurzen Impulsen ultravioletten Lichts angeregt, was die Messung des Spektrums ermöglicht. Das Ergebnis: Messungen bis zu 81 Picosekunden waren möglich, die Fehlerquote lag bei acht Femtosekunden.


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