Wissenschaftler haben einen Prototyp der genauesten Uhren der Welt entwickelt, der nukleare Prozesse innerhalb von Atomen nutzt. Dieser bahnbrechende Fortschritt, der auf dünnen Schichten von Thoriumtetrafluorid basiert, verspricht eine Revolution in der Zeitmessung.
Derzeit sind Atomuhren, die Energieübergänge auf der Ebene der Elektronen verfolgen, die präzisesten. Nukleare Uhren hingegen arbeiten auf der Ebene des Atomkerns, wo Prozesse wesentlich stabiler sind und weniger von externen Faktoren wie Temperatur und Druck beeinflusst werden. Diese Eigenschaft macht nukleare Uhren exponentiell genauer.
Früher blieben solche Uhren aufgrund des Bedarfs an kostspieligen und radioaktiven Materialien, insbesondere dem Isotop Thorium-229, in der experimentellen Phase. Forscher haben nun einen Weg gefunden, diese Uhren sicherer und erschwinglicher zu machen.
Durch die Verwendung von dünnen Schichten, die Thorium-229 enthalten, erhitzten die Wissenschaftler Thoriumtetrafluorid, bis es verdampfte, und lagerten es anschließend auf einem speziellen transparenten Substrat ab. Die resultierende Schicht ist nur 100 Nanometer dick, dünner als ein menschliches Haar.
Diese Technologie ermöglicht die Verwendung winziger Mengen von Thorium, wodurch die Uhren tausendmal weniger radioaktiv und deutlich einfacher herzustellen sind.
Diese Uhren könnten Anwendungen in Bereichen finden, die eine präzise Zeitmessung bis zu Milliardstel Sekunden erfordern, wie beispielsweise in der Telekommunikation und in Navigationssystemen. Die neue Methode hat die benötigte Menge radioaktiven Materials reduziert, wodurch die Herstellung solcher Geräte kostengünstiger und sicherer wurde.
Die Forscher konzentrieren sich derzeit darauf, die Technologie weiter zu verbessern. Ein Hauptziel besteht darin, die Stabilität der dünnen Schichten zu erhöhen, um die Genauigkeit der Uhren weiter zu steigern. Die Wissenschaftler sind optimistisch, dass diese Uhren eines Tages tragbar werden und über die Labore hinaus Anwendung finden könnten. Ihre Präzision könnte Kommunikationssysteme verbessern, die Zuverlässigkeit der GPS-Navigation erhöhen und möglicherweise sogar neue Gesetze der Physik offenbaren.