Dieser Artikel beschreibt die Entwicklung von Atomuhren, warum Genauigkeit so wichtig ist, wie sie entwickelt wurden und die nächste Generation von Atomuhren, die eine erhöhte Genauigkeit bieten.

Atomuhren sind seit über fünfzig Jahren bei uns und die meisten Leute haben von ihnen gehört und wissen, dass sie sehr genau sind, aber wie genau sind sie und warum brauchen wir so genaue Uhren?

Atomuhren werden von vielen von uns benutzt, auch wenn wir uns dessen nicht bewusst sind. Die Zeit, die sie erzählen, wird um die Welt weitergeleitet und von Zeitservern mit dem Protokoll NTP abgeholt, um Netzwerke zu synchronisieren, sie sind für viele Technologien, wie globale Satellitennavigation und TV-Signal-Timings, von entscheidender Bedeutung.

Vor der Entwicklung der Atomuhr waren die genauesten Zeitmessgeräte elektronische Uhren, die jede Woche ein oder zwei Sekunden verlieren würden. Diese hatten weitgehend mechanische Uhren ersetzt, die noch weniger genau waren.

Die Menschheit hatte schon immer eine Faszination dafür, die Zeit im Auge zu behalten, aber die genaue Zeit zu kennen war nie so wichtig. Ein Unterschied von einer Sekunde oder sogar einer Minute hat keinen Einfluss auf unser tägliches Leben.

Doch wie die Technologie hat die Notwendigkeit für eine präzisere Zeitmessung hat sich erhöht. Satelliten, die navigiert werden müssen und mit der Erde von hundert, tausend und sogar Millionen Meilen entfernt kommunizieren, benötigen ein genaues Timing. Licht und damit Radiowellen können 300,000 km jede Sekunde reisen, so dass kleine Ungenauigkeiten in der Zeit massive Unterschiede haben können.

Die erste genaue Atomuhr wurde von Dr. Louis Essen im britischen National Physical Laboratory in 1955 gebaut, der seine Uhr auf die Schwingung des Cäsium-133-Atoms setzte. Die Idee wurde ursprünglich so weit wie 1879 entwickelt, als Lord Kelvin vorschlug, dass die Zeitmessung basierend auf dem Verhalten der Atome eine bessere Methode wäre, Zeitintervalle zu zählen als alles andere.

Die erste Generation von Atomuhren (auch Cäsium-Oszillatoren genannt) nutzte die Frequenz dieses Atoms, das jede Sekunde 9,192,631,770-mal schwingt. Essens Modell war zu jedem 300-Jahr genau eine Sekunde lang, aber Entwicklungen des Cäsium-Oszillators bedeuten, dass sie jetzt in 80 Millionen Jahren eine Genauigkeit von einer Sekunde erreichen können.

Doch als Technologien fortgeschrittener werden, bemühen sich die Wissenschaftler, bessere und genauere Uhren zu machen. Rubidium-Standard-Uhren bieten keine bessere Genauigkeit als Cäsium-Modelle, sind aber kleiner und kostengünstiger (Cäsium-Oszillatoren sind in der Regel nur in großflächigen Physik-Laboratorien zu finden).

Uhren mit nur einem einzigen Atom wurden entwickelt, die noch mehr Genauigkeit bieten. Eine Uhr, die auf einem einzigen Quecksilberatom basiert, hat in 400 Millionen Jahren eine Genauigkeit von einer Sekunde erreicht und es wird erwartet, dass eine neue Art von Strontiumuhr, die Licht verwendet, noch besser wird.

Die Zukunft für Atomuhren ist immer zunehmende Genauigkeit kombiniert mit Skalierung der Größe und Kosten von ihnen. Die American National Institute of Standards und Technologie (NIST) haben eine Chip-Größe Atomuhr, die Millisekunden Genauigkeit bietet enthüllt.

Atomuhren sind jetzt Teil unseres Lebens ohne die Zeit, die sie an die Welt übermitteln, die von NTP-Servern abgeholt werden. Moderne Kommunikation von Internet-Shopping und GPS und technologische Fortschritte wie Satellitennavigation würde unmöglich werden.

Dieser Beitrag wurde geschrieben von Richard N Williams

Richard Williams N ist ein technischer Autor und Spezialist für die NTP-Server und Zeitsynchronisation-Industrie. Richard Williams N auf Google+