Kern uhr

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Vom Atomuhrwerk zum Kerntaktgeber

Zeitmessung mit Hilfe der Oszillationen von Kerne lementen - dies könnte die Ganggenauigkeit konventioneller Funkuhren erheblich erhöhen. Konventionelle atomare Uhren bestimmen die Zeitdauer von einer Sek. durch die von angeregten Elektronen emittierten Oszillationen in der Elektronendecke des Elementes Zäsium. Mit der aktuell besten Atomuhr wird eine Relativgenauigkeit von etwa 2*10-18 erzielt. "Viel genauere Messwerte wären mit einem so genannten Kerntakt möglich, bei dem die Oszillationen nicht in der Elektronenhülle und nicht in der Atomhülle des Atomkerns, sondern unmittelbar im Kern des Atomkerns erfasst werden", sagt Thirolf.

"Von allen bisher über 3300 Atomen ist jedoch nur einer für den Gebrauch als Atomuhr geeignet: der schwergewichtige Atomenergie des Elementes Thora mit der Masse Nummer 229 (Thorium-229). Schon seit mehr als 40 Jahren vermutet man, dass es für diesen atomaren Kern einen Erregungszustand gibt, der nur wenig über dem energiegeladenen Grundbestand ist. Das so genannte Thoriumisomer Th-229m.

"Darüber hinaus wird für Th-229m eine verhältnismäßig lange Nutzungsdauer von wenigen Min. bis zu mehreren Std. angenommen. Daher wird davon ausgegangen, dass hochgenaue Messwerte der Oszillationen, die während des Kernübergangs von Th-229m zurück in den Grund-Zustand auftreten, möglich sind", erläutert Thirolf einen weiteren Nutzen aus dem Isomer. Das Thoriumisomer Th-229m wurde jedoch noch nie unmittelbar nachgewiesen: "Die Existenz von Th-229m wurde bisher nur durch indirekte Messverfahren nachgewiesen", sagt Thirolf.

Erstmalig ist es den Forschern nun in einem aufwändigen Versuch geglückt, das Isomere unmittelbar vorzufinden. Als Grundlage diente ihnen der radioaktive Alphaabbau von Uran-233: Eines der Abbauprodukte von Uran-233 ist Th-229m, das die Forscher über mehrere Zwischenstufen hinweg als lonenstrahl abtrennen konnten. "Mit Hilfe eines Mikrokanalplattendetektors konnten wir dann den nuklearen Übergang, d.h. den Abklingen des Isomeren zurück in den Grundbestand des Thoriums, als deutliches und unmissverständliches Zeichen erfassen - und damit unmittelbar beweisen, dass dieser Anregungszustand auch wirklich vorliegt", sagt Thirolf.

"â??Das ist ein Forschritt, der fÃ?r die zukÃ?nftige Weiterentwicklung eines Kernriegels ausschlaggebend istâ??, unterstreicht der LMU-Physiker.