Ein neuer Typ von Atomuhren wird seit mehr als 30 Jahren intensiv untersucht – sog. optische Uhren. Auch sie beruhen auf einem atomaren Übergang als Referenz, allerdings nicht im Mikrowellenbereich, sondern im optischen Spektralbereich. Der in diesen Uhren verwendete Oszillator ist - entsprechend - ein frequenzstabilisierter Laser. Durch die Erhöhung der Taktfrequenz um fünf Größenordnungen (von ca. 1010 Hz in einer Cäsium-Uhr auf ca. 1015 Hz in einer optischen Uhr) konnten erhebliche Frequenzstabilitäts- und Genauigkeitsgewinne nachgewiesen werden. Die Kurzzeitstabilität wird durch die wesentlich höhere Anzahl von Schwingungen pro Zeiteinheit verbessert. Die erhöhte Genauigkeit wird dadurch erreicht, dass einige der störenden äußeren Einflüsse auf das Atom eine charakteristische Verschiebung fester Größe verursachen, die jedoch bei der höheren Frequenz der optischen Uhr weniger Einfluss hat als bei einer im Mikrowellenbereich arbeitenden Uhr. Auf kurzen Zeitskalen sind optische Uhren nun um etwa den Faktor 100 stabiler und auch genauer als Cäsium-Fontänenuhren. Eine unserer Gruppen hat auf der Grundlage eines einzelnen gefangenen Ytterbium-Ions (171Yb+) ein solches optisches Frequenznormal entwickelt, das heute zu den genauesten der Welt gehört.
Die Gammaspektroskopie hat gezeigt, dass der Kern von Thorium (229Th) bei der ungewöhnlich niedrigen Anregungsenergie von 7,8 ± 0,5 eV einen isomeren Zustand besitzt. Licht der entsprechenden Übergangswellenlänge im Bereich von 160 nm kann durch Frequenz-Aufwärtskonvertierung von abstimmbaren Lasern erzeugt werden, so dass die Methoden der Laserspektroskopie erstmals auf ein Kernsystem angewendet werden können. In einer unserer Gruppen wird daher die hochauflösende Laserspektroskopie des Kernübergangs von 229Th mit in einer Falle gespeicherten Ionen mit einer doppelten Motivation verfolgt: Es wird nach "neuer Physik" jenseits des Standardmodells gesucht und - nicht unerwartet - sogar eine neue Art ultrapräziser Atomuhr entwickelt.