Kernabregung des Thorium-229 Isomers in einem Kristall

Moderne optische Atomuhren sind die präzisesten Messinstrumente überhaupt; zwei Präzisionsuhren weichen erst in der 18. Kommastelle voneinander ab, sie benötigen Milliarden Jahre, um einen Gangunterschied von 1 Sekunde aufzubauen. Eine derartig atemberaubende Genauigkeit konnte in den letzten Jahren von einer Handvoll Forschungsgruppen weltweit demonstriert werden. Diese optischen Atomuhren füllen ganze Laboratorien, sie müssen sehr aufwändig gegen externe Einflüsse wie elektrische oder magnetische Felder, Vibrationen und Temperaturschwankungen abgeschirmt werden. Daher sind diese optischen Atomuhren derzeit noch nicht für Alltagsanwendungen wie Satellitennavigation (GPS, Galileo), Erdvermessung/Geodäsie oder die Synchronisierung des Internet Datenverkehrs geeignet. Hier kommen wesentlich weniger präzise Uhren, die größtenteils in den 70er Jahren entwickelt wurden, zum Einsatz. Wir schlagen vor, die elektronischen Übergänge, die normalerweise in Atomuhren als Zeitreferenz verwendet werden, durch einen ganz speziellen Kernübergang im Thorium-229 Isotop zu ersetzen. Kernübergänge sind viele Größenordnungen weniger Empfindlich gegen äußere Einflüsse wie Felder, Temperatur oder Mechanische Erschütterungen. Es ist daher möglich, Thoriumkerne in optisch transparente Festkörper (Kristalle) einzubauen, die nur wenige Millimeter groß sind, und darauf aufbauend eine optische Kernuhr zu konstruieren. Der Thorium-229 Kernübergang ist der einzige Kernübergang, der optisch angeregt werden kann, allerdings ist die genaue Anregungsfrequenz derzeit noch unbekannt. Ziel des vorgestellten Projektes ist es, diese Anregungsfrequenz zu messen, um den Bau der Kernuhr zu beginnen. Darüber hinaus sollen Wechselwirkungen des Thorium-Kerns mit dem umgebenden Kristall untersucht werden.