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Atomkern-Uhren aus Wien und Peking: So funktionieren die ersten Prototypen
Am 7. Oktober 2026 stellten TU Wien und die Tsinghua Universität in Peking unabhängig voneinander die ersten funktionierenden Atomkern Uhren auf Basis von Thorium 229 vor.
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Forschungsantwort
Wichtige Erkenntnisse
- Am 7. Oktober 2026 stellten TU Wien und die Tsinghua Universität in Peking unabhängig voneinander die ersten funktionierenden Atomkern Uhren auf Basis von Thorium 229 vor.
- Tsinghua berichtete von etwa sechsmal höherer Stabilität als beim Wiener System und reproduzierbaren Signalen in getrennt gezüchteten Kristallen.
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Zwei Forschungsteams, eines an der TU Wien und eines an der Tsinghua-Universität in Peking, haben funktionierende Uhren demonstriert, deren Taktgeber ein Übergang im Kern von Thorium-229 ist. Die am 7. Oktober 2026 in Nature vorgestellten Ergebnisse machen aus einem langjährigen Forschungsziel einen konkreten Machbarkeitsnachweis. Mit den besten optischen Atomuhren können die Prototypen noch nicht mithalten.12
Was eine Atomkern-Uhr anders macht
Herkömmliche optische Atomuhren nutzen Übergänge in der Elektronenhülle eines Atoms. Bei einer Atomkern-Uhr dient dagegen ein Energieübergang im Atomkern als Referenz. Laser regen Thorium-229-Kerne an, die in Calciumfluorid-Kristallen eingebettet sind; die Laserfrequenz wird auf den charakteristischen Übergang abgestimmt. Das Wiener System nutzt dafür einen Übergang bei 148 Nanometern und eine Rückkopplung, die den Laser laufend nachregelt.2
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„Kern“ bezeichnet hier den Ort des Übergangs. Die Uhr arbeitet weder mit Kernspaltung noch mit Kernfusion. Anders als Uhren mit eingefangenen Atomen oder Ionen verwenden die Prototypen Thorium in einem Festkörperkristall.7
Zwei Teams, zwei wichtige Fortschritte
Das Team in Peking berichtete, seine Uhr sei etwa sechsmal stabiler als das Wiener System. Außerdem stimmten die Signale aus separat gezüchteten Kristallen auf ungefähr 3 × 10⁻¹³ überein. Das spricht dafür, dass sich der Takt nicht nur in einer einzelnen Kristallprobe beobachten lässt.4
In Wien gelang ein anderer Schritt: Das System regelte den Laser automatisch und lief mehr als 24 Stunden ohne Eingriff. Über einen Tag näherte sich die Frequenzinstabilität dem Wert 10⁻¹⁵. Zur Veranschaulichung wird das oft mit einem Fehler von etwa einer Sekunde in 30 Millionen Jahren beschrieben.2
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Die Kennzahlen messen jedoch nicht dasselbe. Langzeitstabilität, Übereinstimmung zwischen Kristallen und Genauigkeit im Vergleich mit einem externen Standard hängen zusammen, sind aber nicht austauschbar. Der Stabilitätsvorsprung von etwa Faktor sechs ist deshalb kein pauschales Genauigkeitsranking der beiden Uhren.2
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Vielversprechend, aber noch keine Rekorduhren
Die Ergebnisse ergänzen sich: Die Messungen aus Peking zeigen, dass sich ein Signal in verschiedenen Kristallen reproduzieren lässt; das Wiener Experiment belegt eine längerfristige, automatisierte Laserregelung. Beides sind wichtige Voraussetzungen für eine praxistaugliche Uhr. Die derzeitigen Systeme liegen aber noch hinter den leistungsfähigsten optischen Atomuhren.7
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Atomkerne reagieren im Allgemeinen weniger empfindlich auf bestimmte äußere Störungen als Elektronen. Das könnte künftige Atomkern-Uhren robust und kompakt machen. Der Wiener Aufbau nutzt allerdings einen millimetergroßen Kristall: Eine Uhr im Chipformat ist bislang eine mögliche Weiterentwicklung, kein bereits erreichtes Ergebnis.2
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Sollten spätere Geräte kleiner und leistungsfähiger werden, könnten sie eines Tages etwa für Navigation oder präzise Synchronisation interessant sein. Bei den jetzigen Prototypen handelt es sich dabei noch um denkbare Anwendungen, nicht um bereits nachgewiesene Fähigkeiten.
Das Wiener Team setzte seine Uhr außerdem ein, um nach einem möglichen Signal dunkler Materie zu suchen – ohne einen Nachweis zu finden. Das schließt dunkle Materie nicht aus. Es zeigt vielmehr, wie Atomkern-Uhren künftig als neues Werkzeug für Tests grundlegender Fragen der Physik dienen könnten.8
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Am 7. Oktober 2026 stellten TU Wien und die Tsinghua Universität in Peking unabhängig voneinander die ersten funktionierenden Atomkern Uhren auf Basis von Thorium 229 vor.
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Am 7. Oktober 2026 stellten TU Wien und die Tsinghua Universität in Peking unabhängig voneinander die ersten funktionierenden Atomkern Uhren auf Basis von Thorium 229 vor. Tsinghua berichtete von etwa sechsmal höherer Stabilität als beim Wiener System und reproduzierbaren Signalen in getrennt gezüchteten Kristallen.