Protonenmasse zu Elektronenmasse: Verhältnis gilt weiterhin als konstant

Eine wichtige Naturkonstante, nämlich das Massenverhältnis von Proton zu Elektron, kann sich in etwa fünf Milliarden Jahren nur maximal um einen millionstel Teil verändert haben. Bisher galt die maximal mögliche Änderung als doppelt so hoch. Physiker von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig verglichen für ihre Messung über sieben Jahre hinweg Caesium- mit Ytterbium-Atomuhren. Ihre Ergebnisse wurden zusammen mit denen eines ähnlichen Experiments des National Physical Laboratory in Großbritannien in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Ein mit Fragezeichen versehenes Gleichheitszeichen zwischen zwei Uhren. Darunter befindet sich eine Skizze eines Atommodells.
Vergleich von Atomuhren mit Caesium und Ytterbium

Ein Proton ist etwa 1836-mal schwerer als ein Elektron und unterliegt zusätzlich zur elektromagnetischen Kraft auch der sogenannten starken Kraft, die für den Zusammenhalt der Atomkerne verantwortlich ist. Falls Naturkonstanten nicht wirklich konstant sein sollten, sondern sich zeitlich verändern, würde sich das beispielsweise als Änderungen in der relativen Stärke dieser beiden Grundkräfte bemerkbar machen – und dies hätte wiederum einen Einfluss auf die Massen der beteiligten Teilchen.

Nils Huntemann und seine Kollegen verglichen eine Caesium-Atomuhr mit einer optischen Uhr, in der ein Ytterbiumion als Taktgeber dient. Die Masse des Elektrons bestimmt die Frequenz der optischen Atomuhren, während die Protonenmasse die Frequenz der Caesiumuhr beeinflusst. Wäre das Massenverhältnis der Atombausteine nicht konstant, so würden die Uhren im Laufe der Zeit auf eine vorhersagbare Weise voneinander abweichen. Aus ihren Daten konnten die Forscher errechnen, dass das Massenverhältnis von Proton und Elektron keine nachweisbare Veränderung zeigt. Selbst die bei der Rechnung verbliebene Unsicherheit würde hochgerechnet auf fünf Milliarden Jahre – das Alter unseres Sonnensystems – nur eine Änderung von einem millionstel Teil ausmachen. Somit kann das Massenverhältnis weiterhin als universelle und stabile Größe betrachtet werden.