Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt betreibt in Deutschland nicht nur eine sondern gleich vier Atomuhren. Dabei handelt es sich um eine Caesium Fontäne und drei Ceasium Uhren. Die auf der Aktivität der Elektronen in den einzelnen Atomen basierenden Uhren gelten als die genauesten Zeitmesser, die der Mensch derzeit kennt.
Weltweit sind derzeit mehr als 250 solcher Atomuhren in Betrieb. Ihre aktuellen Messwerte werden an das BIPM in der französischen Hauptstadt Paris übermittelt. BIMP steht für die französische Bezeichnung des internationalen Büros für Maß und Gewicht. Dieses Büro errechnet aus den übermittelten Daten die Internationale Atomzeit, die mit dem Kürzel TAI gekennzeichnet wird.
Die technischen Grundlagen für die Atomuhr entwickelte Isidor Rabi. Er war seinerzeit im Forscherteam der amerikanischen Columbia Universität und erhielt für diese Arbeit 1944 einen Nobelpreis im Fachbereich Physik. In den nächsten Jahrzehnten machte sich ein weiterer amerikanischer Physiker im Zusammenhang mit der Atomuhr einen Namen. Norman Ramsey arbeitete erfolgreich an weiteren Verbesserungen bei der eingesetzten Messtechnik und erhielt dafür 1989 ebenfalls einen Nobelpreis.
Das physikalische Prinzip, das man sich bei der Atomuhr zunutze macht, das Magnetresonanzverfahren, wird heute auch in der Medizin im Bereich der bildgebenden Diagnostik eingesetzt. Die Atome, deren Zeittakt über die Veränderungen in der Energieaufnahme gemessen werden soll, werden über einen Quarzoszillator einer elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt. Über eine Art Rückkopplung der Aktivität der Elektronen in den Atomen mit dem Oszillator wird eine extrem hohe Stabilität erzeugt, die die für die hohe Genauigkeit der Messergebnisse unverzichtbar ist.
Würde man die Genauigkeit einer Atomuhr als Bruchteil einer Sekunde angeben wollen, müsste man im Nenner immerhin eine Eins mit achtzehn Nullen schreiben. Diese Genauigkeit konnte erreicht werden, weil man die Atome thermisch abbremst, so dass ihre Geschwindigkeit pro Sekunde nur noch einen Zentimeter beträgt. Auf diesem Wirkprinzip beruht auch die Cäsium Fontäne. Hier arbeitet man mit einem Laser, der sie hoch katapultiert und damit längere Messintervalle ermöglicht. Zu den Pionieren dieser Technologie gehören die Forscher, die beim Max Planck Institut im Fachbereich Quantenoptik arbeiten. Hier wurde der für die präzise Steuerung des Lasers benötigte Frequenzkamm erfunden.
