Wie genau gehen die Atomuhren der PTB
und was bestimmt die
Genauigkeit von Atomuhren?

Beim Vergleich untereinander liegen die Gangabweichungen der in der PTB gebauten Atomuhren bei 1 bis 3 milliardstel Sekunden pro Tag (zum Vergleich: Eine Quarzarmbanduhr irrt sich pro Monat um ein paar Sekunden, mechanische Armbanduhren – und seien sie noch so edel! – vertun sich um ein Vielfaches mehr!). Für CS2, von der die gesetzliche Zeit abgeleitet wird, wurde, wie es physikalisch korrekt heißt, die Unsicherheit auf 1,5x10^–14 abgeschätzt. Im Laufe eines Jahres muss man also mit einer Abweichung von einer millionstel Sekunde relativ zu einer idealen Uhr rechnen. Mit der Caesium-Fontäne wird eine noch geringere Unsicherheit – nämlich unter 1x10^–15 – erreicht. Es wurde auch schon nachgewiesen, dass sich die Sekunden zweier Fontänen (diejenigen des NIST/USA und der PTB) um höchstens 1x10^–15 Sekunden unterscheiden.

Warum unterscheiden sich Atomuhren überhaupt im Gang voneinander und was bestimmt ihre Genauigkeit? In allen Caesiumuhren wird doch der gleiche atomare Übergang verwendet, dessen Frequenz definiert ist!

Nun, die Definition nimmt Bezug auf ideale Bedingungen ungestörter Atome. In der Realität ist es nicht vollkommen zu vermeiden, dass verschiedene Einflussgrößen (z. B. die Temperatur oder Magnetfelder) auf die Atome wirken. Die Gesetzmäßigkeiten, wie sich welche Einflussgrößen auswirken, sind zwar im Prinzip bekannt. Da aber jede Messung einer Einflussgröße mit einer Messunsicherheit verbunden ist, können die entsprechenden Korrekturen nur mit gewissen Unsicherheiten vorgenommen werden. Diese zusammengenommen bestimmen dann die Gesamtunsicherheit einer einzelnen Atomuhr.

Nur für die Überprüfung der abgeschätzten Gesamtunsicherheit ist es nötig, möglichst mehrere andere zumindest "gleichgute" Uhren zur Verfügung zu haben und sie miteinander zu vergleichen. Diese Uhren sollten dann im Rahmen ihrer jeweiligen spezifizierten Gesamtunsicherheiten miteinander übereinstimmen