Navigationshilfe:

Funktionsweise einer Atomuhr

Atomuhren sind die genausten Uhren der Welt. Um die Zeit zu messen, nutzen sie eine Eigenschaft von Cäsium-Atomen, die mit Mikrowellen bestrahlt werden: Haben die Mikrowellen eine ganz bestimmte Frequenz, wechseln die Cäsium-Atome ihren Energiezustand. Im virtuellen Versuchslabor kann man einen Mikrowellen-Generator einstellen und Cäsium-Atome bestrahlen. Je genauer die richtige Einstellung getroffen wird, desto mehr Atome wechseln ihren Zustand.

Atomuhr starten

Im Resonator werden die Cäsium-Atome mit Mikrowellen bestrahlt. Bei einer ganz bestimmen Frequenz ändern sich die Cäsium-Atome ihren Zustand. Mit dieser Frequenz wird die Zeiteinheit festgelegt: Eine Sekunde dauert genau 9.192.631.770 Schwingungen.

Bedienungsanleitung

Zunächst gilt es, Information zu den einzelnen Bauteilen der Atomuhr zu gewinnen. Hierfür fährt man mit der Maus über die Abbildungen, sodass entsprechende Infotexte erscheinen.

Detailansicht der Atomuhr: Mikrowellen-Generator

Der eigentliche Zeitgeber einer Atomuhr ist der Mikrowellen-Generator. In der Simulation lässt sich dieser über den Schieberegler verstellen, sodass man damit genau die Schwingungen erzeugen kann, bei denen die meisten Cäsium-Atome ihren Zustand ändern.

In einem nächsten Schritt bietet es sich an, das Funktionsprinzip der Atomuhr auszuprobieren. So lassen sich über den Schieberegler am Mikrowellen-Generator (oben links) unterschiedliche Frequenzen einstellen. Abhängig davon, ob die Frequenz zu den Atomen passt, sieht man, wie sie ihren Zustand wechseln – oder eben nicht. Um zu erkennen, wie viele Atome momentan wechseln, gilt es die Detektor-Anzeige (oben rechts) zu beachten. Ist die optimale Frequenz getroffen, schaltet die Leuchte am Detektor auf grün. Mit dem roten Knopf (unten links) kann die Atomuhr gestartet werden.

Weiterführende Informationen zu Atomuhren

Über 260 Atomuhren in mehr als 50 Labors der ganzen Welt schicken ihre Zeit ständig nach Paris. Hier im Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) wird die Internationale Atomzeit (TAI, temps atomique international) festgelegt. Sie ist weltweit der verbindliche Standard dafür, wie viel Uhr es jetzt tatsächlich genau ist.

Detailansicht der Atomuhr: Detektor

Ein Teil der Cäsium-Atome hat durch die Bestrahlung seinen Zustand geändert. Wie viele das sind, misst der Detektor. Somit kann man feststellen, bei welcher Einstellung die meisten Cäsium-Atome ihren Zustand ändern und bei der optimalen Einstellung die Uhr starten.

Da Atomuhren recht aufwendig und wartungsintensiv sind, hat man nach einem Weg gesucht, auch andere Uhren ähnlich genau zu machen. Darum wurden Funkuhren entwickelt, die sich über Langwellensender auf die Internationale Atomzeit einstellen.

Dazu wird die Uhrzeit der Atomuhren über einen Langwellensender ausgestrahlt – in Deutschland zum Beispiel auf 77,5 Kilohertz. Die Funkuhren – das sind nichts anderes als einfache Quarzuhren mit einer zusätzlichen Antenne – empfangen dieses Signal und stellen sich danach immer wieder neu.

Bei Standuhren mit dauerhafter Stromzufuhr geschieht dies üblicherweise jede Stunde. Armbanduhren mit Knopfzellenbatterie werden einmal am Tag korrigiert, normalerweise zwischen 2 und 4 Uhr morgens.

Zeitmessung wird also immer genauer und auch allgegenwärtiger. Mussten die Menschen früher an Sonnenuhren oder Tempeln die Zeit ablesen, kann das heute jeder mit einem Blick auf die Bahnhofsuhr, auf das Handy oder den Computer. Das hat auch Auswirkungen auf unsere Arbeit, unsere Freizeit und auf unsere zwischenmenschlichen Beziehungen.

Preisgekrönte Projekte
Preisgekrönte Projekte