Wie relativ ist die Zeit?

Eine Theorie gilt nur so lange, bis sie widerlegt wird. Und so testen Physiker seit fast hundert Jahren Einsteins Relativitätstheorie – bisher ohne Anzeichen von Schwachstellen. Forscher um Dirk Scwalm, Direktor am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, haben kürzlich die von Einstein postulierte Verlangsamung der Zeit („Zeitdilatation“) mit bisher unerreichter Genauigkeit gemessen. Ergebnis: Die Relativitätstheorie bleibt weiter ohne Makel.

Wenn Guido Saathoff und sein Doktorand Sascha Reinhardt am Montagmorgen das enge Labor im Keller der Beschleunigerhalle betreten, schalten sie ihren Laser ein und schauen, wie es ihm geht. An schlechten Tagen läuft das empfindliche Instrument nicht stabil genug und muss mit viel Geschick und Erfahrung eingestellt werden. Das kann leicht einen ganzen Vormittag in Anspruch nehmen, bevor die beiden Physiker an ihr eigentliches Vorhaben gehen können: die Überprüfung der Speziellen Relativitätstheorie mit bisher unerreichter Genauigkeit.

Saathoff und Reinhardt messen die wohl verblüffendste Vorhersage der Relativitätstheorie, die Zeitdilatation. Sie besagt, dass die Zeit in einem relativ zum Beobachter schnell bewegten System langsamer vergeht als in einem ruhenden. Dieses Phänomen testen die beiden Forscher an Lithium- Ionen, die über ihren Köpfen in einem Teilchenring des Max-Planck- Instituts für Kernphysik mit 19 000 Kilometer pro Sekunde herumsausen. Mit dieser Geschwindigkeit, die 6,5 Prozent der Lichtgeschwindigkeit entspricht, könnten die Ionen innerhalb von etwas mehr als zwei Sekunden die Erde umkreisen.

Besäßen die Teilchen Uhren, so gingen diese nach Einstein etwa zwei Promille langsamer als Guido Saathoffs Armbanduhr. Und so seltsam es klingt, genau diesen Effekt konnte das Heidelberger Team überprüfen. Mit ihrer erst kürzlich erschienenen Arbeit stießen die Wissenschaftler damit weltweit auf großes Interesse.

Thomas Bührke/MPG