Werkstoffe und Materialien mechanischer Uhren: Cäsium

Auf Isidor Isaac Rabi geht die Molekularstrahl-Magnetresonanz-Methode zurück. 1937 schlug er seinem jungen Mitarbeiter Norman Ramsey die Erforschung der Kernresonanz zur Messung magnetischer Eigenschaften von Atomen und Molekülen als Dissertationsthema vor. Der angehende Doktorand fand das nicht sonderlich spannend, machte sich aber dennoch an die Arbeit, die 1940 angenommen wurde. Darauffolgend entwickelte sich die MRI-Technik zu einem echten Renner, denn sie gestattete unter anderem dreidimensionale Abbildungen bestimmter Körperorgane. Die gewonnenen Erkenntnisse wirkten sich auch auf die Präzisionszeitmessung aus.

Bereits in den frühen 1930er-Jahren stand fest, dass sich der Atomkern aus Protonen und Neutronen zusammensetzt. Zudem ist er umgeben von Elektronen verschiedener Energieniveaus. Die Wissenschaft war sich auch sicher, dass Atomkern und Elektronen als bewegte elektrische Ladungen wie kleine Magnete agieren und sich so gegenseitig beeinflussen. Daraus resultierten Energie­übergänge, welche einer extrem temperaturstabilen Frequenzverschiebung von sekündlich einigen Milliarden Schwingungen entsprechen. Und exakt das nutzte Ramsey 1955 in seiner Funktion als Professor an der Harvard University zusammen mit Robert Vessot für die Entwicklung der Cäsiumuhr. 1967 löste dieses Instrument die Rotation der Erde als Zeit­normal ab. Seitdem ist die Menschheit eine Sekunde älter, wenn in der Elektronenhülle des Cäsiumatoms 9.192.631.770 elektromagnetische Schwingungen abgelaufen sind. Atomuhren am Handgelenk wird es sicher nicht geben.

Aber Funkuhren, welche die Cäsium-Zeit per Ätherwellen empfangen, sind aus der modernen Uhrenwelt nicht mehr wegzudenken. Das modernste und umfassendste Beispiel ist die Astron GPS Solar von Seiko. glb