Martin Amrein

Am Wochenende muss uns das Bundesamt für Metrologie (Metas) eine Stunde Schlaf stehlen: Die Behörde sorgt dafür, dass die offizielle Schweizer Zeit am frühen Sonntagmorgen von 1.59.59 Uhr gleich auf 3.00.00 Uhr springen wird. Um den Wechsel auf die Sommerzeit auch wirklich sekundengenau zu steuern, hat das Metas fünf Atomuhren installiert.

«Damit messen wir die Zeit aber nicht bloss, wir realisieren sie geradezu», sagt André Stefanov, der das Labor Zeit und Frequenz leitet. Denn die Hightech-Uhren tragen in ihrem Kern Cäsium-Atome – jene Teilchen, die per Definition den Takt der Sekunde vorgeben: Als Sekunde gilt das Zeitintervall, in dem das Cäsium-Atom exakt 9192631770-mal hin- und herschwingt. «Alle drei Minuten überprüfen wir die Signale unserer Zeitquellen, registrieren die Abweichungen und errechnen aus dem Mittelwert die Schweizer Zeitskala UTC(CH)», sagt der Physiker.

Das Bundesamt übermittelt die Zeitdaten seiner fünf Atomuhren einmal monatlich nach Paris, wo das Internationale Büro für Mass und Gewicht aus diesen und den Daten von weiteren 345 Atomuhren aus der ganzen Welt die koordinierte Weltzeit (UTC) herleitet. Zu den Aufgaben des Metas gehört nicht nur, die Zeit zu realisieren, sondern auch, sie zu verbreiten. Das geschieht über Internet-Zeitprotokolle oder über den Langwellensender HBG in Prangins (VD), der seine Signale an Funkuhren ausstrahlt.

Doch damit nicht genug: Das Metas, am Rande von Wabern bei Bern gelegen, besitzt ein weiteres technisches Wunderwerk. In dem auf einem eigenen Fundament stehenden Labor – um Erschütterungen von Lastwagen oder Zügen zu vermeiden – steht die genauste Uhr der Schweiz: FOCS-1. Die gigantische Apparatur füllt den gesamten Laborraum aus, 200 Kilogramm wiegt allein ihr zylinderförmiges Herzstück. «Im Unterschied zu herkömmlichen Atomuhren sind die Cäsium-Teilchen dieser Uhr mit einem Laserstrahl heruntergekühlt», erklärt Stefanov. «Dadurch bewegen sich die Atome langsamer und ihre Schwingungen lassen sich besser messen.»

FOCS-1 ist so genau, dass sie bei einer Laufzeit von 30 Millionen Jahren lediglich um eine Sekunde von der exakten Zeit abweichen würde. Im Prozess der Zeitrealisierung nimmt die Hochpräzisionsuhr eine besondere Rolle ein. Sie läuft nicht ständig, sondern dient als «Stoppuhr», um die Genauigkeit der anderen Atomuhren regelmässig zu überprüfen.

Die Geburtsstätte von FOCS-1befindet sich 40 Kilometer westlich von Bern: in Neuenburg. Die dortige Universität hat sich auf die Entwicklung von Atomuhren spezialisiert. Eine Tradition, die die Uhrenstadt seit dem Aufkommen der hochpräzisen Zeitmesser in den Sechzigerjahren aufrecht hält – einst durch die Industrie finanziert, heute durch Bundesgelder. Es war der Lausanner Pierre Thomann, der in den Neunzigerjahren die Schweizer Atomuhren nach einer kurzzeitigen Flaute wieder in die Spitzengruppe der internationalen Zeitmessung gebracht hat – mit FOCS-1. Aber auch mit anderen Projekten, die er als Leiter des Labors für Zeit und Frequenz der Universität Neuenburg verfolgt. Projekte im Wettlauf um die genauste Sekunde.

Doch wem nützen überhaupt Uhren, die immer exakter laufen? Neben ihren Diensten für die Weltzeit findet sich eine wichtige Anwendung der Atomuhren im Weltall. Die Satelliten des amerikanischen Navigationssystems GPS müssen ihre Signale absolut simultan zur Erde senden. Dazu benötigen sie Miniatur-Atomuhren. Die Abweichung von nur einer Millionstelsekunde zwischen den Signalen würde einem Fehler von 300 Metern auf dem Gelände entsprechen.

«Unser Team spielt eine wichtige Rolle beim Aufbau des europäischen Navigationssystems Galileo. In den nächsten Jahren werden die Galileo-Satelliten mit 120 in Neuenburg hergestellten Atomuhren ausgerüstet», sagt Thomann. «Bereits jetzt sind zwei Testsatelliten mit unseren Uhren im All.» Doch auch die Telekommunika-tion und die Geophysik würden von den technischen Fortschritten profitieren, so der Physiker. Und nicht zuletzt die theoretische Physik: «Dank immer genaueren Atomuhren werden wir dereinst herausfinden, ob Einstein mit seiner allgemeinen Relativitätstheorie recht hatte – oder nicht.»

Vorerst kriegen aber wir die gnadenlose Präzision der Atomzeit zu spüren: Schliesslich ist nicht damit zu rechnen, dass uns FOCS-1 am Sonntag auch nur eine Hundertstelsekunde mehr Schlaf gewährt als uns zusteht.