Eine Uhr, die in 260 Milliarden Jahren ungefähr eine Sekunde falsch gehen würde, klingt wie ein technisches Gedankenexperiment. Ein Team am Centre for Quantum Technologies der National University of Singapore berichtet nun in Nature über optische Atomuhren auf Basis von Lutetium-Ionen mit einer relativen Unsicherheit in der Größenordnung von 10 hoch minus 19.
Das Entscheidende ist nicht, dass wir künftig pünktlicher zum Zug kommen. Solche Uhren sind wissenschaftliche Messinstrumente. Sie können winzige Unterschiede in Gravitation, fundamentalen Konstanten und möglicherweise unbekannter Physik sichtbar machen.
Was ist überhaupt eine Atomuhr?
Jede Uhr braucht einen regelmäßigen Vorgang. Bei einer Pendeluhr schwingt ein Pendel, bei einer Quarzuhr ein Kristall. Atomuhren verwenden Übergänge zwischen exakt definierten Energiezuständen von Atomen oder Ionen. Elektromagnetische Strahlung mit einer ganz bestimmten Frequenz bringt das Teilchen von einem Zustand in einen anderen. Diese Frequenz dient als extrem stabiler Taktgeber.
Die heutigen SI-Sekunden beruhen auf einem Mikrowellenübergang in Cäsium-133. Optische Uhren arbeiten mit wesentlich höheren Frequenzen. Weil innerhalb einer Sekunde viel mehr „Takte“ gezählt werden können, lässt sich Zeit prinzipiell feiner auflösen.
Warum Lutetium?
Das Singapurer Team verwendet einzelne positiv geladene Lutetium-176-Ionen. Lutetium besitzt Übergänge, die vergleichsweise wenig empfindlich auf Temperatur- und Magnetfeldschwankungen reagieren. Solche Umwelteinflüsse sind bei Präzisionsuhren entscheidend: Schon winzige Störungen können die gemessene Frequenz verschieben.
Ein Laser wird auf die Übergangsfrequenz des Ions stabilisiert. Seine Schwingungen werden zum „Tick“ der Uhr. Die Forschenden bauten nicht nur eine Uhr, sondern verglichen zwei unabhängige Lutetium-Uhren miteinander. Ihre Frequenzen stimmten bis zur 19. Stelle überein. Das ist wichtig, weil eine einzelne Uhr ihre eigene Genauigkeit nicht einfach beweisen kann.
Warum „260 Milliarden Jahre“ nur ein Bild ist
Die oft genannte Zahl bedeutet nicht, dass jemand die Uhr 260 Milliarden Jahre laufen ließ. Sie ist eine anschauliche Hochrechnung aus der gemessenen relativen Frequenzunsicherheit. Die tatsächliche wissenschaftliche Aussage ist die Unsicherheit von ungefähr einem Teil in 10 hoch 19.
Auch „genaueste Uhr der Welt“ braucht Kontext. Präzision, Genauigkeit, Stabilität und Vergleichbarkeit sind unterschiedliche metrologische Eigenschaften. Die neue Arbeit setzt beim ausgewiesenen Genauigkeitsniveau einen Rekord, doch andere optische Uhrsysteme besitzen jeweils eigene Stärken.
Eine Uhr kann Höhe messen
Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vergeht Zeit in unterschiedlicher Gravitation unterschiedlich schnell. Eine ausreichend genaue Uhr läuft deshalb auf einem höheren Tisch minimal anders als auf einem niedrigeren. Mit optischen Uhren kann man solche Effekte nutzen, um Höhen- und Gravitationsunterschiede zu vermessen.
Das eröffnet Anwendungen in der Geodäsie: Veränderungen von Grundwasser, Eis oder geologischen Massen beeinflussen das Gravitationsfeld. Uhren könnten langfristig zu Sensoren für solche Prozesse werden. Ebenso lassen sich fundamentale Physik und mögliche Veränderungen von Naturkonstanten testen.
Kommt jetzt eine neue Sekunde?
Internationale Metrologie-Institute arbeiten seit Jahren an einer möglichen Neudefinition der Sekunde auf Basis optischer Übergänge. Ein einzelner Rekord entscheidet darüber nicht. Dafür müssen verschiedene Uhrentypen in mehreren Laboren reproduzierbar verglichen werden und über zuverlässige Übertragungswege miteinander verbunden sein.
Die Lutetium-Uhr ist deshalb weniger Endpunkt als Kandidat. Sie zeigt, wie weit Zeitmessung inzwischen vorgedrungen ist: Eine Sekunde ist längst nicht nur eine Alltagseinheit, sondern ein Fenster in Gravitation, Quantenphysik und die Struktur unserer Messsysteme.
Quellen
- Nature – Lu+ optical frequency references with accuracy verified at the 19th digit
- Nature News – Best clock ever: timekeeper based on lutetium atoms wows researchers
- National University of Singapore – Singapore scientists build world's most accurate atomic clock
Redaktioneller Hinweis: Stand: 24.09.2026. Die Primärarbeit erschien am 23.09.2026 in Nature und ist Open Access. Die 260-Milliarden-Jahre-Angabe ist eine anschauliche Hochrechnung der relativen Unsicherheit, kein Langzeittest.