Optische Atomuhr: Eine Sekunde Abweichung erst nach 55 Milliarden Jahren

Die physikalische Erfassung von Zeit erreicht eine neue Dimension der Genauigkeit. Ein Forschungsteam der National University of Singapore um Murray Barrett, Michael Lee und Kyle Arnold stellte am 23. September 2026 eine optische Atomuhr auf Basis des chemischen Elements Lutetium vor, die als präziseste Uhr der Welt gilt.

Das System arbeitet zehnmal präziser als bisherige Atomuhren. Die theoretische Abweichung liegt bei lediglich einer Sekunde nach 55 Milliarden Jahren – einer Zeitspanne, die das geschätzte Alter des Universums von 13,8 Milliarden Jahren um ein Vielfaches übertrifft.

Technische Funktionsweise und extreme Stabilität

Das Funktionsprinzip der Anlage beruht auf Lutetium, dem schwersten Element der Seltenen Erden. Die für den Taktgeber eingesetzte Laser-Strahlung schwingt 353,6 Billionen Mal pro Sekunde. Ein zentraler Vorteil des gewählten Elements liegt in seiner Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungseinflüssen wie Temperaturschwankungen und störenden Magnetfeldern.

In experimentellen Vergleichen erzielten die Forscher eine beispiellose Konsistenz: Zwei synchron betriebene Uhren stimmten bis zur 19. Nachkommastelle überein.

Bei einer relativen Messunsicherheit von 5,7 Zehntrillionstel beliefe sich die Abweichung zwischen diesen beiden Einheiten auf unter eine Sekunde in mehr als 300 Milliarden Jahren. Damit übertrifft die Konstruktion auch die bisherige Kalzium-Ionen-Uhr eines chinesischen Teams aus dem Februar 2026 um das Vierfache an Genauigkeit. Die Forschungsresultate wurden im Fachjournal Nature veröffentlicht.

Eine Uhr, die erst nach 55 Milliarden Jahren eine Sekunde abweicht — und bei nur 5 Millimetern Höhenunterschied bereits eine Zeitdifferenz anzeigt. Was hinter dieser Präzision steckt und wie sie als Sensor für Vulkan- und Rohstoffmessungen genutzt werden kann, erklärt dieser Leitfaden in drei nachvollziehbaren Schritten. Kostenlosen Leitfaden jetzt anfordern

Nachweis relativistischer Effekte im Millimeterbereich

Die hohe Messpräzision macht fundamentale physikalische Phänomene in sehr kleinem Maßstab sichtbar. Gemäß Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie vergeht Zeit in der Nähe großer Massen aufgrund der Gravitation langsamer. Bei der Versuchsanordnung an der National University of Singapore zeigte sich bereits bei einem Höhenunterschied von nur 5 Millimetern eine messbare Zeitdifferenz zwischen zwei Uhren.

Diese Eigenschaft eröffnet Einsatzbereiche jenseits der reinen Zeitangabe. Da Höhenänderungen und Dichteschwankungen im Erdinneren das Gravitationsfeld beeinflussen, lassen sich solche optischen Uhren als hochempfindliche Sensoren nutzen. Das Forschungsteam verweist unter anderem auf praktische Anwendungen bei der Vermessung von Magmakammern unter Vulkanen sowie auf neue Möglichkeiten in der Rohstoffkartierung.

Neudefinition der Standardsekunde im Blick

Die Ergebnisse aus Singapur liefern zudem wichtige Impulse für die internationale Messtechnik. Bislang basiert die Definition der Sekunde im Internationalen Einheitensystem auf der Mikrowellen-Resonanz von Cäsium-Atomen mit exakt 9.192.631.770 Schwingungen.

Die Sekunde, wie wir sie kennen, basiert auf Cäsium — doch optische Uhren sollen sie ablösen, eine Entscheidung wird für 2030 oder später erwartet. Was das für Messtechnik und Industrie bedeutet und warum die Lutetium-Uhr dabei eine Schlüsselrolle spielt, ordnet dieser Leitfaden ein. Fahrplan zur neuen Sekunde sichern

Neuartige optische Atomuhren sollen diese traditionelle Cäsium-Sekunde ablösen. Eine offizielle internationale Entscheidung über die Neudefinition der Basiseinheit wird für das Jahr 2030 oder später erwartet.

Mehr zum Thema bei n-tv: „Lutetium-Atomuhr mit neuem Präzisionsrekord: Eine Sekunde Abweichung nach 55 Milliarden Jahren - n“

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