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Weltgremium für Maß und Gewicht plant Neudefinition der Sekunde
Die Sekunde soll künftig durch optische Atomuhren noch genauer festgelegt werden. Ein internationaler Fahrplan sieht die Entscheidung über eine neue Definition frühestens für 2030 vor. Deutlich früher könnte die bisherige Korrektur der Weltzeit durch Schaltsekunden entfallen, weil selbst eine einzelne zusätzliche oder fehlende Sekunde digitale Systeme stören kann.
Versailles (Frankreich). Wer eine Sekunde misst, verwendet eine Einheit, deren Dauer seit Jahrzehnten von einer quantenphysikalischen Eigenschaft des Cäsium-133-Atoms abhängt. Sie ist nicht unmittelbar an die Drehung der Erde gekoppelt, die von Tag zu Tag geringfügig schwankt. Trotzdem soll die zivile Weltzeit möglichst nahe an der astronomischen Zeit bleiben.
Diese beiden Prinzipien stehen nun bei der 28. Generalkonferenz für Maß und Gewicht auf der Tagesordnung, die vom 13. bis 15. Oktober 2026 in Versailles tagt. Die Delegierten beraten über eine künftige genauere Definition der Sekunde und über eine Weltzeit ohne weitere Schaltsekunden. Beide Vorhaben betreffen die Zeitmessung, haben aber unterschiedliche Ziele und Zeitpläne.
Welche wissenschaftlichen Voraussetzungen die Umstellung erfüllen muss, haben Forscher des Bureau international des poids et mesures (BIPM) um Dr. Patrizia Tavella in einer internationalen Fachübersicht zusammengefasst. Darin analysieren sie die Leistungsfähigkeit neuer Atomuhren, den Vergleich ihrer Frequenzen und die Voraussetzungen für die weltweite Übertragung präziser Zeitsignale. Die Publikation beschreibt einen wissenschaftlichen Fahrplan, nicht den Beschluss über die neue Sekunde.
Seit 1967 wird die Sekunde durch 9.192.631.770 Schwingungsperioden eines bestimmten Übergangs im Cäsium-133-Atom festgelegt. Im Jahr 2018 wurde diese Definition sprachlich und formal neu gefasst, ohne die zugrunde liegende Frequenz zu ändern. Die bislang maßgeblichen Cäsium-Atomuhren arbeiten mit Mikrowellen. Optische Atomuhren nutzen hingegen Übergänge mit viel höheren Frequenzen und können dadurch noch feinere Zeitunterschiede messen.
Die besten optischen Systeme erreichen laut den offiziellen Unterlagen inzwischen eine bis zu 100-mal geringere Unsicherheit als die bisherigen Cäsium-Referenzen. Künftig soll die Zeitdefinition Messungen mit relativen Unsicherheiten in der Größenordnung von 10⁻¹⁸ unterstützen. Dafür reicht eine einzelne besonders genaue Laboruhr allerdings nicht aus. Die Frequenzen verschiedener Uhren müssen international zuverlässig verglichen und ihre Ergebnisse in die gemeinsame Atomzeit eingebracht werden.
Hinzu kommt ein physikalisches Problem. Nach der Relativitätstheorie vergeht Zeit abhängig vom Gravitationspotenzial geringfügig unterschiedlich schnell. Bei extrem präzisen Uhren müssen deshalb selbst Höhenunterschiede und das Erdschwerefeld bei Vergleichen berücksichtigt werden. Auch die Übertragung über Satelliten oder Glasfasernetze muss entsprechend genau funktionieren.
Der für die Versailler Konferenz vorbereitete Resolutionsentwurf sieht deshalb noch keine unmittelbare Neudefinition vor. Stattdessen soll die internationale Zusammenarbeit fortgesetzt und bis zur nächsten Generalkonferenz im Jahr 2030 ein konkreter Vorschlag ausgearbeitet werden. Erst dann könnte über die neue physikalische Referenz und einen Termin für ihre Einführung entschieden werden. Selbst bei einer Einigung würde die Umstellung also erst nach diesem Beschluss erfolgen.
Noch ist nicht einmal festgelegt, ob künftig ein einzelner optischer Atomübergang oder eine Kombination mehrerer solcher Übergänge als Maßstab dienen soll. Zudem zeigen einige Vergleiche der hochpräzisen Frequenzstandards noch widersprüchliche Ergebnisse. Auch ihr Beitrag zur internationalen Atomzeit erfüllt bisher nicht alle festgelegten Anforderungen. Der angestrebte Beschluss im Jahr 2030 bleibt daher an wissenschaftliche und technische Voraussetzungen gebunden.
Davon getrennt ist die Frage, wie die koordinierte Weltzeit UTC mit der ungleichmäßigen Erdrotation in Einklang gebrach