Braunschweig. Für die Entwicklung einer völlig neuen Atomuhr haben Forscher der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) zusammen mit internationalen Kollegen einen prestigeträchtigen Synergy Grant des europäischen Forschungsrates ERC eingeworben. Das Projekt "Thorium Nuclear Clock" wird mit 13,8 Millionen Euro gefördert. Dies teilt die PTB mit.
Eine Thorium-Kernuhr könnte noch einmal deutlich genauer sein als alle bisherigen Cäsium- und auch die optischen Atomuhren. Das verspreche Vorteile für die Anwendungen präziser Zeit- und Frequenzmessung, aber auch für physikalische Grundlagenforschung. Nachdem das internationale Forschungskonsortium mit mehreren Veröffentlichungen bereits gezeigt habe, dass eine solche Uhr grundsätzlich realisierbar sei, zeige nun der europäische Forschungsrat sein Vertrauen in das Projekt, indem er es mit insgesamt 13,8 Millionen Euro fördere. An dem interdisziplinären und internationalen Projekt „Thorium Nuclear Clock“ seien neben der PTB Wissenschaftler aus Wien, München, Delaware (USA), Heidelberg und Aachen beteiligt. Das Synergy Programm des European Research Council (ERC) sei die am höchsten dotierte Forschungsförderung des ERC und konzentriere sich insbesondere auf Themen mit hohem Innovationspotenzial, die eine Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Fachgebieten erfordern, wie hier Atom- und Kernphysik, Laserphysik und theoretische Physik.
Deutlich genauer als alle bisherigen Uhren
Bei bisherigen Atomuhren „ticke“ sozusagen die Atomhülle, bei der Thoriumuhr dagegen der Atomkern. Ticken meine, dass man periodische Vorgänge, konkret die regelmäßige Abfolge von Tal und Berg von Mikrowellen- oder optischer Strahlung, zur Anregung von Elektronen beziehungsweise des Kerns in den Atomen einer solchen Uhr nutze. Weil im Atomkern die Protonen und Neutronen wesentlich dichter gepackt und fester gebunden seien als die Elektronen in der Außenhülle, verspreche eine Kernuhr eine deutlich höhere Genauigkeit als bisherige Atomuhren. „Sie ist aber genau deswegen auch deutlich komplizierter zu realisieren,“ erläutert Dr. Ekkehard Peik, Physiker und Fachbereichsleiter an der PTB. Zusammen mit seinem Kollegen Dr. Christian Tamm habe er schon vor mehr als einem Jahrzehnt das Konzept für eine Thoriumuhr entwickelt. Thorium-229 besitze als einzig bekanntes Atom einen isomeren Kernzustand, den man mit Lasertechnik, wie sie ähnlich auch bei heutigen Atomuhren genutzt werde, anregen könne. Aus dem Konzept sei die intensive Forschungsarbeit verschiedenster Wissenschaftlergruppen weltweit geworden. Auch durch die enge Kooperation verschiedener Institutionen sei die Thoriumuhr Schritt für Schritt näher gerückt.
Konzept bereits vor mehr als einem Jahrzehnt entwickelt
„Wenn alles gut läuft, werden wir in sechs Jahren schon zwei unterschiedliche Versionen von Kernuhren haben“, hofft Peik. Allerdings sei dazu noch viel Grundlagenarbeit zu leisten. Aber die koste Geld, und die 13,8 Millionen der EU schaffen die perfekten Bedingungen dafür. Damit können – auch noch über das Ziel einer neuen Uhr hinaus – neue grundlegende Einblicke in die Struktur des Thorium-229-Atomkerns gewonnen werden. „Potenziell erhalten wir damit auch einen Zugang zu offenen Fragen aus der Physik – etwa, wie sich die Quantengravitation oder die Dunkle Materie auf präzise Vergleiche zwischen unterschiedlichen Atomuhren auswirken“, sagt Atomuhrexperte Peik.
Förderung über einen Zeitraum von sechs Jahren
Im Rahmen des ERC Synergy Grant werden über sechs Jahre hinweg Peik und die anderen sogenannten Principal Investigators des Projektes gefördert: Professor Thorsten Schumm von der Technischen Universität Wien, der auch der Sprecher des Projektes sei, Dr. Peter Thirolf von der Ludwig-Maximilians-Universität München und Prof. Marianna Safranova von der University of Delaware in den USA. Beteiligt seien zudem Forscher am Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg und am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik in Aachen.
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