Onderzoekers van de National University of Singapore hebben een atoomklok gebouwd die nauwkeuriger is dan alle andere optische atoomklokken. De tikfrequentie van de klok kan tot op 19 cijfers na de komma worden bepaald. Toch zijn de resultaten nog niet bevestigd, zegt Erik Dierikx, hoofdwetenschapper bij het Nationaal Metrologisch Instituut.
Een gewone klok telt de slagen van een slinger of een kwartskristal. Een atoomklok gebruikt in plaats daarvan een atoom. Elk atoom neemt licht of straling op bij één heel specifieke frequentie en die frequentie is overal ter wereld en altijd hetzelfde. Door te tellen hoe vaak dat gebeurt, weet je hoeveel tijd er verstreken is.
Optische klokken, zoals de lutetiumklok, gebruiken daarvoor zichtbaar licht. Dat trilt veel sneller dan de microgolven die gebruikt worden om de officiële definitie van de seconde te bepalen. Meer trillingen per seconde betekent dat je de tijd in fijnere stukjes kunt hakken.
Waarom bouwen we dit?
Wie zijn horloge wil gelijkzetten, heeft zoveel precisie niet nodig. Toch is er een reden om ermee door te gaan, legt Erik Dierikx uit aan Scientias.nl. Hij is hoofdwetenschapper bij het Nationaal Metrologisch Instituut en niet betrokken bij het onderzoek. “Enerzijds is het vooral een wetenschappelijke uitdaging om de nauwkeurigste klok ter wereld te bouwen. Anderzijds zijn de toepassingen vooral ook van wetenschappelijke aard, bijvoorbeeld het toetsen van natuurkundige theorieën.”
Daarbij speelt ook de zwaartekracht een rol. Volgens de relativiteitstheorie van Einstein tikt een klok trager naarmate de zwaartekracht sterker is. Een klok die nauwkeurig genoeg is, kan zulke minieme verschillen meten en daarmee ook zwaartekracht zelf.
Voor gebruik buiten het lab zijn er wel obstakels. “In de praktijk zitten er vaak beperkingen aan dit soort opstellingen waardoor het lastig is om ze voor langere tijd operationeel te houden”, zegt Dierikx.
Wil je niets van Scientias missen? Voeg Scientias toe als voorkeursbron op Google dan zie je al onze verhalen!
Waarom lutetium?
Het gebruikte atoom is belangrijk, want elk soort atoom reageert anders op zijn omgeving. Volgens Dierikx heeft lutetium een voordeel: het is minder gevoelig voor temperatuurschommelingen in de omgeving en voor de effecten van zwaartekracht. Die storingen zijn de grootste vijand van een nauwkeurige klok.
Record, maar nog niet bewezen
Ten opzichte van bestaande optische klokken op basis van strontium is de stap ongeveer een factor 3, zegt Dierikx. Toch is hij voorzichtig. “Voor zover ik weet is dit nog niet wetenschappelijk aangetoond met een direct vergelijk.” De Singaporese onderzoekers vergeleken twee lutetiumklokken met elkaar. Volgens Dierikx bleek “het onderlinge verschil tussen twee klokken van hetzelfde type al circa 6 × 10⁻¹⁹”. Dat is een stuk meer dan de geclaimde onzekerheid. “De echte onzekerheid moet dus nog blijken.”
Ook is de concurrentie niet stil blijven zitten. Volgens Dierikx zijn er in Duitsland en de Verenigde Staten eerder publicaties verschenen over klokken op basis van thorium, waarvoor ook een onzekerheid van minder dan 1 × 10⁻¹⁹ is geclaimd.
Dat de Singaporese klok dus niet per se de beste is, sluit niet uit dat ze een rol krijgt in de toekomst van de tijdmeting. Wereldwijd wordt gewerkt aan een nieuwe definitie van de seconde, die is gebaseerd op optische klokken. Maakt de lutetiumklok kans om mee te tellen? “Zeker”, antwoordt Dierikx. “Deze kan ook meetellen.”
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
