Neueste Fortschritte in der Technologie der Nukleuhren versprechen, die präzise Zeitmessung neu zu definieren und neue Wege in der wissenschaftlichen Forschung zu eröffnen. Eine in Nature veröffentlichte Studie beschreibt einen Durchbruch, der von einem Team unter der Leitung von Chuankun Zhang und Eric Hudson erzielt wurde, das erfolgreich ultradünne Schichten von Thorium-229-Fluorid (ThF) mittels physikalischer Dampfdestillation hergestellt hat. Diese innovative Methode reduziert erheblich die benötigte Materialmenge und ebnet den Weg für tragbare Designs.
Nukleuhren, die die einzigartige niederenergetische nukleare Übergang von Thorium-229 nutzen, bieten im Vergleich zu herkömmlichen Atomuhren eine verbesserte Stabilität. Da weltweit nur etwa 40 Gramm Thorium-229 verfügbar sind, war seine Verwendung historisch begrenzt. Die neue Technik ermöglicht jedoch die Herstellung von dünnen Filmen mit einer Dicke von nur 30 bis 100 Nanometern, die ausreichen, um den nuklearen Übergang zu beobachten, während der Materialverbrauch minimiert wird.
Die Möglichkeit, Nukleuhren in tragbare Geräte und photonische Systeme zu integrieren, stellt einen entscheidenden Schritt in Richtung Kommerzialisierung dar. Trotz der Fortschritte bleiben Herausforderungen bestehen, darunter die Notwendigkeit, die Effizienz der an der Übergang beteiligten Thorium-229-Kerne zu verbessern und die Ultraviolett-Laser zu miniaturisieren, die für die Anregung erforderlich sind.
Die Behebung von Sicherheitsbedenken ist ebenfalls wichtig, da die Menge an Thorium-229, die in diesen Geräten verwendet wird, minimal ist, was potenzielle Risiken erheblich verringert. Die ausgestrahlte Strahlung ist hauptsächlich Alpha-Strahlung, die nicht in feste Materialien oder die menschliche Haut eindringen kann, sodass gut gestaltete Geräte in ihrer Sicherheit bestehenden Technologien, die radioaktive Materialien verwenden, vergleichbar sind.
Über die Zeitmessung hinaus haben Nukleuhren das Potenzial, bahnbrechende Forschung in der Physik zu fördern. Der theoretische Physiker Victor Flambaum betont deren Bedeutung für die Erforschung neuer physikalischer Modelle jenseits des Standardmodells, indem sie die nukleare Energieskala nutzen, die Millionen von Malen größer ist als die von Atomuhren.