Forscher der Chinesischen Universität für Wissenschaft und Technologie haben einen bedeutenden Durchbruch in der Technologie der optischen Uhren erzielt. Sie entwickelten eine Strontium-Optiklattice-Uhr, deren Stabilität und Unsicherheit das Niveau von zehn hoch minus neunzehn erreichen. Dies bedeutet, dass diese Uhr über einen Zeitraum von etwa dreißig Milliarden Jahren weniger als eine Sekunde gewinnen oder verlieren würde.

Die Ergebnisse dieser Forschung wurden in der internationalen Metrologiezeitschrift Metrologia veröffentlicht. Optische Uhren gelten als die derzeit genauesten Zeitmessgeräte, da sie die Zeit messen, indem sie die Frequenz des Lichts nutzen, das emittiert wird, wenn Elektronen zwischen Energielevels in Atomen wechseln.

Neben der Zeitmessung bieten optische Uhren hochpräzise Zeitreferenzen für moderne Technologien wie Satellitennavigation, Telekommunikation und Präzisionsmessungen. Sie ermöglichen auch neue experimentelle Plattformen für Tests fundamentaler Physik, einschließlich der allgemeinen Relativitätstheorie, sowie zur Detektion von Gravitationswellen und dunkler Materie.

Die Erreichung sowohl von Stabilität als auch von Unsicherheit auf dem Niveau von zehn hoch minus neunzehn eröffnet zahlreiche wegweisende Anwendungen. Dazu gehören präzise Messungen des Gravitationspotentials und der Höhe, die dabei helfen könnten, Krustendeformationen, Veränderungen im Grundwasser und vulkanische Aktivitäten zu überwachen.

Diese Technologie könnte auch neue Ansätze für die Detektion von dunkler Materie ermöglichen, indem sie transienten Niederfrequenzsignale erfasst, die möglicherweise durch Wechselwirkungen mit dunkler Materie verursacht werden.

Früher betrieben die meisten optischen Uhren weltweit eine kombinierte Stabilität und Unsicherheit auf dem Niveau von zehn hoch minus achtzehn. Nur einige führende Institutionen, wie das National Institute of Standards and Technology in den Vereinigten Staaten und das Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Deutschland, hatten ein solches Präzisionsniveau erreicht.

Der neue Durchbruch bietet einen tragfähigen technologischen Ansatz zur Entwicklung tragbarer und weltraumbasierter optischer Uhren. Forscher glauben, dass dies zukünftige Anwendungen unterstützen könnte, die unter anderem Tests grundlegender physikalischer Gesetze, die Entwicklung von Satellitennavigationssystemen der nächsten Generation und die Schaffung eines einheitlichen ultra-präzisen globalen Zeitstandards umfassen.