Wie lange dauert eine Sekunde? Die aktuell gültige Definition ist erst vor 50 Jahren festgelegt worden. Dabei ist die Zeiteinheit der Atomsekunde im Vergleich zu anderen Basiseinheiten am genauesten definiert.

Bis in die Fünfzigerjahre galt, was der Mathematiker Carl Friedrich Gauß etwa 120 Jahre zuvor vorgeschlagen hatte: Die Sekunde sei der 86.400. Teil eines mittleren Tages, also der Drehung der Erde um sich selbst. Was danach folgte, bezeichnen Experten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, dem nationalen Metrologieinstitut, als eine "revolutionäre Entwicklung".

Die Atomsekunde gibt es seit 1955, als die erste Cäsium-Atomuhr zu arbeiten begann. "In ihrem Inneren ermöglichen die Schwingungen von Cäsium-Atomen - 9.192.631.770 Mal in der Sekunde - die genaue Zeitmessung: für Laien unvorstellbar genau", sagt Andreas Bauch, Leiter der Arbeitsgruppe Zeitübertragung bei der PTB.

PTB forscht an optischer Uhr

Auf der 13. Generalkonferenz für Maß und Gewicht wurde dann am 13. Oktober 1967 von Wissenschaftlern und Politikern beschlossen, dass eine Sekunde genauso lang wie 9.192.631.770 Schwingungen eines Atoms des Nuklids 133-Cäsium dauert. Bis heute gilt diese Definition.

Die Atomsekunde ist damit im Vergleich zu den sechs anderen sogenannten Basiseinheiten (Meter, Kilogramm, Ampere, Kelvin, Mol (Stoffmenge) und Candela (Lichtstärke) am genauesten definiert.

Die PTB verfügt seit 1969 über die erste selbstgebaute Cäsium-Atomuhr. Drei weitere sollten folgen und dafür sorgen, dass sich die PTB selbst zu den führenden "Zeit-Machern" zählen darf. Ihre Uhren haben nach eigenen Angaben einen großen Anteil an der Erzeugung der weltweiten Zeit. Die Forscher forschen an einem weiteren Modell, der sogenannten optischen Uhr. Die Taktfrequenz bei diesen optischen Uhren ist zwischen 10.000 und 100.000 Mal schneller als bei der Cäsium-Atomuhr.

Schaltsekunden kompensieren Erdumdrehung

Wegen der ungleichmäßigen Erdumdrehung passen Atomzeit und mittlerer Tag - wie Gauß vorschlug - nicht perfekt zusammen: Schon bis 1972 war eine Differenz von zehn Sekunden aufgelaufen und man erfand die "koordinierte Weltzeit", die mit Schaltsekunden an die astronomische Zeit angepasst wird.

Mit solchen Schaltsekunden wird kompensiert, dass die Erde für eine Umdrehung ein kleines bisschen länger braucht als 24 Stunden Atomuhrzeit. Seit 1972 gab es 27 Schaltsekunden, zuletzt Ende Dezember 2016.

Die Definition der Atomsekunde vor 50 Jahren war Vorreiter einer Entwicklung, die auch andere Basiseinheiten erfasste. Die Messexperten der PTB gehen davon aus, dass die Generalkonferenz im Herbst 2018 beschließen wird, dass das gesamte Einheitensystem wie bei der Atomsekunde auf Naturkonstanten - also unveränderlichen Eigenschaften der Natur - beruhen soll.