Wetenschappers hebben een nieuw soort atoomklok gemaakt die preciezer is dan ooit en pas na 15 miljard jaar slechts 1 seconde zal afwijken.
Wanneer wij willen weten hoe laat het is, werpen we een snelle blik op ons horloge (sommige van ons dan) of op onze telefoon (de meeste onder ons). Die geven nauwkeurig de tijd aan en voorkomen dat jij te laat op een afspraak komt (toch?). Maar als we horloges en smartphones vergelijken met atoomklokken, dan zijn deze alles behalve nauwkeurig.
Een atoomklok maakt gebruik van de trillingen van atomen. De frequentie van deze trillingen is zeer constant en onafhankelijk van de omgeving. Dit resulteert in een afwijking van de atoomklok (bij gebruik van cesiumatomen) van ongeveer 1 seconde per 300 miljoen jaar. Maar onderzoekers van het Joint Institute for Laboratory Astrophysics (JILA) hebben een nieuw soort atoomklok ontwikkeld dat slechts 1 seconde afwijkt per 15 miljard jaar – dat is langer dan de leeftijd van het universum.
Strontium
De meeste atoomklokken maken gebruik van de isotoop cesium-133, maar deze preciezere klok gebruikt een combinatie van strontiumatomen en een bundel laserstralen. Het onderzoeksteam koelde de strontiumatomen af tot net boven het absolute nulpunt (-273 graden Celsius), zodat de atomen een staat bereikte van kwantumgas.
Omdat ze zo zijn afgekoeld, botsen de strontiumatomen niet meer op elkaar, maar beginnen elkaar juist te vermijden. Vervolgens worden ze op hun plek in een soort traliewerk gehouden met laserstralen, waarbij elke plaats door precies één atoom is bezet. Deze 3D-opstelling vermindert de interacties tussen atomen, waardoor de atoomklok niet wordt beïnvloed, en verbetert daarmee de precisie.
Precies staaltje werk
Hoe preciezer de atoomklok, des te beter, want ze lenen zich uitstekend voor het testen van Einsteins relativiteitstheorie. Wanneer atoomklokken interactie hebben met donkere materie, kunnen ze versnellen of vertragen – maar die afwijking duurt slechts een fractie van een seconde. Gesynchroniseerde atoomklokken kunnen deze afwijkingen detecteerbaar maken op een manier die andere klokken dat niet kunnen.
Ook al is dit de meest nauwkeurige klok ooit gemaakt, hij werkt nog niet lang genoeg om te bevestigen hoe accuraat hij met verloop van tijd zal blijven. Maar de tijd zal het leren…
Bronnen: Science, Live Science, New Scientist
Beeld: G. Edward Marti/JILA
Lees ook:
Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!