Was eine Atomuhr ist
Eine Atomuhr ist eine Uhr, die als Taktgeber nicht ein mechanisches Schwingsystem oder einen Quarz nutzt, sondern die überaus regelmäßigen Schwingungen von Atomen. Genutzt wird dabei der Umstand, dass Atome bei bestimmten Zustandsänderungen elektromagnetische Strahlung einer exakt festgelegten Frequenz aufnehmen oder abgeben. Diese Frequenz ist eine Naturkonstante und ändert sich weder mit der Zeit noch von Gerät zu Gerät.
Häufig kommt dabei das Element Caesium zum Einsatz, daneben werden auch andere Elemente wie Rubidium oder Wasserstoff verwendet. Die zugehörige Übergangsfrequenz des Caesium-Atoms dient sogar als offizielle Grundlage für die Definition der Sekunde im internationalen Einheitensystem: Eine Sekunde ist dort über eine festgelegte, sehr große Anzahl solcher Schwingungen definiert. Damit ist die Atomuhr unmittelbar mit der Grundeinheit der Zeit verknüpft.
Warum sie so genau ist
Die Genauigkeit einer Atomuhr übertrifft die aller mechanischen und Quarzuhren um ein Vielfaches. Während eine mechanische Uhr Abweichungen im Bereich von Sekunden pro Tag aufweist, gehen die besten Atomuhren über sehr lange Zeiträume hinweg nur um winzige Bruchteile einer Sekunde falsch. Der Grund liegt darin, dass die atomare Frequenz kaum von äußeren Einflüssen wie Temperatur oder Alterung abhängt.
Diese Präzision macht Atomuhren zur Grundlage der offiziellen Zeitmessung. Ein Verbund von Atomuhren an Instituten weltweit bildet die Referenz für die koordinierte Weltzeit, an der sich unter anderem Navigationssysteme, Kommunikationsnetze und Zeitzeichensender orientieren. Gelegentlich wird diese Zeitskala durch eine Schaltsekunde an die etwas unregelmäßigere Erddrehung angeglichen.
Abgrenzung zur Funkuhr
Im Alltag wird der Begriff Atomuhr manchmal irrtümlich für Funkuhren verwendet. Eine Funkuhr enthält jedoch selbst keine Atomuhr, sondern eine gewöhnliche Quarzuhr, die per Funksignal regelmäßig mit dem Zeittakt einer Atomuhr abgeglichen wird. Auf diese Weise übernimmt sie deren Genauigkeit, ohne selbst nach dem atomaren Prinzip zu arbeiten.
Echte Atomuhren sind aufwendige Geräte, die in spezialisierten Instituten und in den Satelliten von Navigationssystemen betrieben werden. Als Armband- oder Tischuhr im eigentlichen Sinn kommen sie nicht vor. Für den privaten Gebrauch reicht die von einer Funkuhr übernommene Genauigkeit für alle Alltagszwecke bei Weitem aus. Auch in Geräten wie Navigationsempfängern und Mobiltelefonen wird die Zeit letztlich aus den Signalen atomarer Uhren gewonnen.