Ursprünglich war die Einheit der Zeit, die Sekunde, durch die Drehung der Erde um ihre eigene Achse festgelegt. Seit gut 50 Jahren wird sie mithilfe eines Übergangs im Cäsiumatom definiert. Die Schwingungen in Cäsiumatomen sind so regelmässig, dass wir mit Atomuhren die Zeit mit höchster Genauigkeit bestimmen können.

Aus den Daten von rund 350 Atomuhren von über 60 Referenzlaboratorien für Zeitmessung aus der ganzen Welt ermittelt das Internationale Büro für Mass und Gewicht (BIPM) in Paris die Weltzeit (Universal Time Coordinated). Das ist die weltweite Referenzzeit, die für alle Zeitzonen den Takt angibt. Für die Feinjustierung der Weltzeit spielen speziell genaue Atomuhren, sogenannte Primärfrequenznormale, eine besondere Rolle. Rund ein Dutzend solcher Primärfrequenznormale auf der ganzen Welt tragen regelmässig zur Genauigkeit der Weltzeit bei. Seit Kurzem ist die Atomuhr Fontaine Continue Suisse (FoCS), die sich im Eidgenössischen Institut für Metrologie (METAS) in Wabern bei Bern befindet, vom Internationalen Büro für Mass und Gewicht (BIPM) als Primärfrequenznormal anerkannt. Damit leistet die Schweiz erstmals einen direkten Beitrag zur Feinjustierung der Weltzeit.

Eine Sekunde in 30 Millionen Jahren

Das Primärfrequenznormal FoCS ist im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen dem METAS und dem Laboratoire temps-fréquence der Universität Neuenburg entwickelt worden. Die Forschungsarbeiten der Universität Neuenburg wurden vom Schweizerischen Nationalfonds unterstützt. FoCS gehört zu den weltweit genausten Atomuhren. Es läuft so genau, dass es 30 Millionen Jahre dauern würde, bevor zwei gleichartige Uhren eine Sekunde Unterschied aufweisen würden.

In FoCS werden Cäsiumatome zuerst mit Laserstrahlen abgebremst und so auf tiefste Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt. Dann werden die Atome in einem kontinuierlichen Strahl auf einen Parabelflug geschickt, um deren Übergangsfrequenz abfragen zu können. Bei dieser Art von Atomuhren spricht man auch von Cäsiumspringbrunnen.

Höchste Genauigkeit für alltägliche Nutzungen

Die Sekunde auf 15 Stellen nach dem Komma realisieren zu können, ist kein Selbstzweck. Zum einen wird die Einheit Sekunde benötigt, um andere Masseinheiten, wie zum Beispiel den Meter, das Kilogramm oder die Einheit der Stromstärke, das Ampere, zu realisieren. Deren Genauigkeit hängt also von der Messung von Zeit und Frequenz ab. Zum anderen ist höchste Genauigkeit bei der Zeitmessung erforderlich, damit Navigationssysteme und Telekommunikationssysteme zuverlässig funktionieren.

Die Schweiz trägt zum Takt der Weltzeit bei