Wissen und Gesundheit
13.10.2017

50 Jahre Genauigkeit: Die Atomsekunde feiert Geburtstag

Die Dauer wurde am 13. Oktober 1967 auf 13. Generalkonferenz für Maß und Gewicht beschlossen.

Der Sprint-Weltrekord über 100 Meter liegt bei 9,58 Sekunden. Ein Formel-1-Rennwagen braucht von Null auf 100 unter vier Sekunden. Ein Wimpernschlag dauert in etwa eine Zehntelsekunde. Wie lange eine Sekunde dauert, beschäftigt Wissenschaftler seit Jahrhunderten. Die aktuell gültige Definition einer Sekunde - man spricht auch von Atomsekunde - jährt sich am 13. Oktober 2017 zum 50. Mal.

Basiseinheiten

Die Atomsekunde ist im Vergleich zu den sechs anderen sogenannten Basiseinheiten (Meter, Kilogramm, Ampere, Kelvin, Mol (Stoffmenge) und Candela (Lichtstärke)) am genauesten definiert: auf 16 Stellen hinter dem Komma.

Zunächst 86.400. Teil des Tages

Bis in die 1950er-Jahre galt, was der Mathematiker Carl Friedrich Gauß etwa 120 Jahre zuvor vorgeschlagen hatte: Die Sekunde sei der 86.400. Teil eines mittleren Tages, also der Drehung der Erde um sich selbst. Was danach folgte, bezeichnen Experten von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig als eine "revolutionäre Entwicklung".

Seit 1955 schwingen Cäsium-Atome

Die Atomsekunde gibt es seit 1955, als die erste Cäsium-Atomuhr zu arbeiten begann. "In ihrem Inneren ermöglichen die Schwingungen von Cäsium-Atomen - 9.192.631.770 Mal in der Sekunde - die genaue Zeitmessung: für Laien unvorstellbar genau", erklärt Andreas Bauch, Leiter der Arbeitsgruppe Zeitübertragung bei der PTB. Auf der 13. Generalkonferenz für Maß und Gewicht wurde dann am 13. Oktober 1967 von Wissenschaftlern und Politikern beschlossen: Eine Sekunde dauert genauso lang wie 9.192.631.770 Schwingungen eines Atoms des Nuklids 133-Cäsium. Bis heute gilt diese Definition.

Menschgemachte Zeit

Für Johannes Graf vom Deutschen Uhrenmuseum ist diese Entscheidung aus dem Jahr 1967 durchaus vergleichbar mit den Umwälzungen der Relativitäts- und Quantentheorie für die Physik. "Die Menschen lasen die Zeit fortan nicht mehr vom Himmel ab, sondern stellten sie mit Atomuhren her. Seitdem haftet der Sekunde nichts Göttliches mehr an. Sie ist nur noch ein von Menschen gemachtes Produkt", sagt Graf.

Von Deutschland in die weite Welt

Die PTB, die in Deutschland das nationale Metrologieinstitut ist, verfügt seit 1969 über die erste selbstgebaute Cäsium-Atomuhr. Drei weitere sollten folgen und dafür sorgen, dass sich die PTB selbst zu den führenden "Zeit-Machern" zählen darf. Ihre Uhren haben nach eigenen Angaben einen großen Anteil an der Erzeugung der weltweiten Zeit.

Schaltsekunde

Wegen der ungleichmäßigen Erdumdrehung passen Atomzeit und mittlerer Tag - wie Gauß vorschlug - nicht perfekt zusammen: Schon bis 1972 war eine Differenz von zehn Sekunden aufgelaufen und man erfand die "koordinierte Weltzeit", die mit Schaltsekunden an die astronomische Zeit angepasst wird. Mit solchen Schaltsekunden wird kompensiert, dass die Erde für eine Umdrehung ein kleines bisschen länger braucht als 24 Stunden Atomuhrzeit. Seit 1972 gab es 27 Schaltsekunden, zuletzt Ende Dezember 2016.

Naturkonstante als Basis

Die Definition der Atomsekunde vor 50 Jahren war Vorreiter einer Entwicklung, die auch andere Basiseinheiten erfasste. Die Messexperten der PTB gehen davon aus, dass die Generalkonferenz im Herbst 2018 beschließen wird, dass das gesamte Einheitensystem wie bei der Atomsekunde auf Naturkonstanten - also unveränderlichen Eigenschaften der Natur - beruhen soll. Bisher ist die Referenzgröße beim Gewicht beispielsweise noch das Ur-Kilogramm, ein Metallstück, das streng gesichert in Paris steht.