Wissenschaftler in Europa und China haben erstmals funktionsfähige Nuklearklokken gebaut und damit einen Meilenstein in der ultrapräzisen Zeitmessung erreicht. Unabhängige Teams an der Technischen Universität Wien sowie an Instituten in Peking und Shanghai nutzten dafür den Isotopenkern Thorium-229, der in Kristallen aus Calciumfluorid eingebettet und mit Ultraviolettlasern angeregt wird. Die Ergebnisse wurden in dieser Woche in zwei Studien in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Im Unterschied zu herkömmlichen Atomuhren, die Übergänge von Elektronen zwischen Energieniveaus messen, greifen Nuklearklokken direkt auf den Atomkern zu. Dessen Übergänge sind deutlich weniger anfällig für Störungen durch elektrische oder magnetische Felder und Temperaturschwankungen, da der Kern von der Elektronenhülle abgeschirmt wird. Möglich wird das Konzept, weil Thorium-229 einen außergewöhnlich niederenergetischen Übergang im Kern besitzt, der sich mit einem Laser im ultravioletten Bereich ansteuern lässt.

Die Funktionsweise ähnelt dabei etablierten optischen Atomuhren: Ein Laser wird auf eine Frequenz eingestellt, die exakt dem Energiewechsel im Kern entspricht. Weicht der Laser im Betrieb geringfügig von dieser Resonanz ab, ändert sich die Wahrscheinlichkeit, mit der Thorium-229-Kerne in einen angeregten Zustand übergehen. Ein Regelkreis misst diese Abweichung fortlaufend und korrigiert die Laserfrequenz. In einem der Experimente wurden Thorium-229-Kerne in Calciumfluorid-Kristallen fixiert, was ein kompaktes, potenziell transportables Design ermöglicht.

Noch übertreffen die Prototypen die besten Atomuhren nicht. Nach Schätzungen der Forschenden könnten die derzeitigen Nuklearklokken um etwa eine Sekunde in 30 Millionen Jahren driften und liegen damit ungefähr eine Größenordnung hinter den Cäsium-Atomuhren, die heute die offizielle Zeitskala definieren. Langfristig sehen die Teams jedoch Chancen, die Genauigkeit deutlich zu steigern. Perspektivisch könnten solche Uhren globale Navigationssysteme und Telekommunikationsnetze präziser synchronisieren und als empfindliche Sonden für Veränderungen fundamentaler Naturkonstanten oder für Hinweise auf bisher unbekannte Formen von Materie dienen.

Die Exzellenzstrategie von Bund und Ländern stellt die Weichen für die nächste Förderperiode – und verschiebt die Gewichte im deutschen Wissenschaftssystem. Zu den bundesweit fünf neuen Exzellenzstandorten gehören die Technische Universität Darmstadt, die Goethe-Universität Frankfurt und die Johannes Gutenberg-Universität Mainz, die sich als Allianz der Rhein-Main-Universitäten (RMU) durchgesetzt haben. Ebenfalls erfolgreich waren in Nordrhein-Westfalen die Universität zu Köln sowie der Verbund Ruhr Innovation Lab aus TU Dortmund und Ruhr-Universität Bochum.

Für Hessen ist die Entscheidung ein Durchbruch: Erstmals tragen Universitäten des Landes ab 2027 den Titel „Exzellenzuniversität“. Die RMU-Allianz erhält nach Angaben des hessischen Wissenschaftsministeriums über sieben Jahre eine Förderung von insgesamt bis zu 155 Millionen Euro, finanziert zu 75 Prozent vom Bund. Wissenschaftsminister Timon Gremmels spricht von den ersten Exzellenzunis in Hessen und zugleich vom ersten länderübergreifenden Verbund in der Exzellenzstrategie. Ministerpräsident Boris Rhein bezeichnet den Titel als Meilenstein für die Forschungslandschaft des Landes. Ein mittelhessischer Verbund aus den Universitäten Gießen und Marburg blieb im Wettbewerb dagegen ohne Erfolg.

Auch Nordrhein-Westfalen stärkt seine Rolle als Hochburg der Spitzenforschung. Neben der Universität Köln, die den begehrten Status nach einer früheren Förderphase von 2012 bis 2019 zurückerhält, steigt der Verbund aus TU Dortmund und Ruhr-Uni Bochum als Ruhr Innovation Lab in den Kreis der Exzellenzuniversitäten auf. Nach Angaben des Düsseldorfer Wissenschaftsministeriums baut das Land damit seine Führungsposition aus. Die Universität Bonn und die RWTH Aachen hatten ihren Exzellenzstatus bereits im Frühjahr verteidigt, sodass NRW künftig mit vier Standorten vertreten ist. Ministerpräsident Hendrik Wüst wertet dies insbesondere als Signal für die internationale Sichtbarkeit des Ruhrgebiets als Wissenschafts- und Innovationsstandort.

In Bonn gaben Bundesforschungsministerin Dorothee Bär und der niedersächsische Wissenschaftsminister Falko Mohrs als Vize-Vorsitzender der Gemeinsamen Wissenschaftskonferenz (GWK) neben den Standorten in Hessen und NRW auch die Universitäten Freiburg und Jena als neue Exzellenzunis bekannt. Für Einzeluniversitäten sieht das Programm Fördermittel von bis zu 15 Millionen Euro pro Jahr vor, bei Verbünden wie der Rhein-Main-Allianz oder dem Ruhr Innovation Lab können es bis zu 28 Millionen Euro sein. Damit wächst die Riege der Exzellenzuniversitäten, deren bisher neun Standorte – darunter Aachen, Bonn, Dresden, Hamburg, Heidelberg, Karlsruhe, München, Tübingen sowie die Berlin University Alliance – ihre Förderung bereits im Frühjahr um weitere sieben Jahre verlängert hatten. Der Titel ist jeweils an regelmäßige Überprüfungen der Fördervoraussetzungen geknüpft.