Schon die Sumerer nutzten vor 6000 Jahren das Licht, um die Zeit mit Sonnenuhren zu messen. Heute kommt Laserlicht in optischen Atomuhren zum Einsatz: Die Frequenzmessungen sind inzwischen so präzise, dass die Uhrzeit erst nach 33 Milliarden Jahren um eine Sekunde abweicht. Eine Kernuhr basierend auf dem Thorium-Isomer 229mTh könnte diese Genauigkeit noch steigern.
Eine Uhr setzt sich aus einem Taktgeber und einem Zählwerk zusammen, das die Frequenz dieser Oszillation bestimmt. Die Definition der Einheit Sekunde im SI-System verwendet hierfür einen Mikrowellen-Übergang im Element Cäsium. Natürliches Cäsium besteht nur aus dem Isotop 133Cs. Die niedrige Verdampfungstemperatur erleichtert es, einen Atomstrahl herzustellen. Optische Atomuhren im Labor erzielen heute relative Ungenauigkeiten von etwa 10–18 und sind wesentlich begrenzt durch äußere elektrische und magnetische Störfelder. Diese Ungenauigkeit lässt sich – wie 2003 vorgeschlagen – weiter reduzieren, wenn die Uhr anstelle eines Übergangs in der Atomhülle einen Kernübergang verwendet [2]. Denn im erheblich kleineren Atomkern sind die Kernmomente geringer: Äußere elektromagnetische Störfelder koppeln entsprechend weniger an. Zum Konzept einer Kernuhr [2, 3] gehört ein schmalbandiger Laser, der den Kernübergang resonant anregt und dessen Wellenlänge sich mittels Frequenzkamm bestimmen lässt oder die selbst eine vakuumultraviolette Frequenzkamm-Mode ist (Abb. 1). Gemäß dem Funktionsprinzip optischer Atomuhren entspricht eine Sekunde einer bestimmten Anzahl von Schwingungen, die sich aus der Übergangsfrequenz des Kernübergangs ergibt. Für eine solche Uhr kommen nur Kernzustände infrage, deren Anregungsenergie so klein ist, dass ein Laser sie bereitstellen kann. Außerdem muss ihre Lebensdauer ausreichend lang sein, um für eine Uhr von hoher Stabilität geeignet zu sein. Ein solcher Zustand ist nur für das Aktiniden-Isotop 229Th bekannt. (...)
