Durchbruch in der Nuklearspektroskopie: UCLA-Physiker revolutionieren präziseste Atomuhren und fundamentale Konstanten

BerlinEin Team von Physikern der UCLA hat eine neue Methode entdeckt, um Atomkerne zu untersuchen. Mit Hilfe von Lasern brachten sie den Kern eines Thoriumatoms zum Schwingen. Diese Technik könnte dazu beitragen, die genauesten Atomuhren aller Zeiten zu entwickeln und es Wissenschaftlern ermöglichen, fundamentale Konstanten präziser zu messen.

Hochpräzise Atomuhren dank Thorium-Laseranregung?

Ein UCLA-Team hat Lasertechnologie genutzt, um den Kern eines Thoriumatoms anzuregen. Dies könnte den Weg ebnen für noch genauere Atomuhren. Zudem könnten fundamentale Konstanten wie die Feinstrukturkonstante neu definiert werden.

Fast 50 Jahre lang haben Wissenschaftler versucht, den Atomkern mithilfe von Lasern zu erregen, doch die Elektronen um den Kern reagieren normalerweise auf das Licht und erschweren dies. Ein Team der UCLA unter der Leitung von Professor Eric Hudson hat eine Lösung gefunden: Sie platzierten Thoriumatome in einem klaren Kristall, der viel Fluor enthält. Das Fluor geht starke Bindungen mit den Elektronen ein und verhindert so ihre Reaktion auf den Laser. Dadurch kann mehr Laserlicht den Kern erreichen.

Die neue Methode verbessert die Messung von Zeit, Schwerkraft und anderen Bereichen erheblich. Anstelle von Elektronen, wie sie in aktuellen Atomuhren verwendet werden, kommen Neutronen und Protonen zum Einsatz, die weniger anfällig für Umwelteinflüsse sind. Dies führt zu wesentlich genaueren Messungen.

Es gibt zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für eine Thorium-basierte Atomuhr. Diese Uhr wäre kleiner, robuster und leichter zu transportieren als die heutigen Atomuhren. Zudem wäre sie präziser als jede bisher entwickelte Uhr. Eine solche Uhr könnte die Navigation und Kommunikation im Weltraum revolutionieren. Darüber hinaus könnte sie Wissenschaftlern dabei helfen zu überprüfen, ob Konstanten wie die Feinstrukturkonstante tatsächlich unverändert bleiben.

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Astronomen vermuten, dass sich die Feinstrukturkonstante in verschiedenen Teilen des Universums oder im Laufe der Zeit ändern könnte. Diese neue Methode könnte der beste Weg sein, um diese Theorie zu überprüfen. Sollte sie sich als wahr herausstellen, könnte dies unser Verständnis der grundlegenden Naturgesetze verändern.

Die Studie im Fachjournal Physical Review Letters bringt uns genaueren Messungen einen Schritt näher. Diese Messungen könnten aufzeigen, dass Dinge, die wir für unveränderlich halten, doch Veränderungen unterliegen. Dies könnte unser Verständnis des Universums grundlegend verändern.

Hudsons Team forscht seit 15 Jahren an diesem Projekt. Sie haben Fortschritte erzielt, genauere Messungen des Atomkerns durchzuführen. Dies könnte unser Verständnis von Materie, Energie und den grundlegenden Gesetzen von Raum und Zeit erweitern.

Die Nationale Wissenschaftsstiftung (NSF) finanzierte diese Forschung. Denise Caldwell, die vorübergehende Leiterin der Direktion für Mathematik und Physikalische Wissenschaften bei der NSF, betonte, dass präzise Messungen fundamentaler Konstanten unser Verständnis des Universums vertiefen. Diese neue Technologie könnte erheblichen Einfluss haben.

Zusammenfassend ist dieser Durchbruch in der Nuklearspektroskopie mehr als nur ein akademischer Erfolg. Er hat praktische Anwendungen, die sich auf die Zeitmessung, Navigation und Kommunikationstechnologien auswirken könnten. Noch bedeutsamer ist, dass er neue Wege eröffnet, um die fundamentalen Konstanten der Natur zu verstehen. Dies könnte unser Verständnis des Universums grundlegend verändern.