Tot voor kort werd de meest nauwkeurige klok beschouwd als een kwantumklok, die in 3,7 miljard jaar slechts 1 seconde verkeerd was. Ze werden overtroffen door de atomaire experimentele klok ontwikkeld in de VS, in de staat Colorado.
In 2014 kondigde een groep onderzoekswetenschappers van de University of Colorado Boulder en het National Institute of Standards and Technology de uitvinding van de strontium-atoomklok aan. Dit horloge is 1,5 keer nauwkeuriger dan de vorige.
Als zo'n klok vijf miljard jaar non-stop zou kunnen werken, dan zou hij niet vooruit lopen en geen seconde achterblijven.
In dit meest nauwkeurige horloge ter wereld zijn enkele duizenden strontiumatomen gerangschikt in ketens van ongeveer honderd filters, die een optisch rooster vormen dat wordt gevormd door een krachtige laserstraal.
De frequentie van trillingen van strontiumatomen is 430 miljard keer per seconde. Dankzij deze frequentie zijn strontiumklokken veel nauwkeuriger dan de cesiumklokken die door de wereldstandaarden worden erkend.
Strontium versus cesium klokken
Volgens internationale normen worden op cesium gebaseerde atoomklokken beschouwd als de meest nauwkeurige klokken. Dat zijn bijvoorbeeld de NIST-F1-horloges in Colorado, VS.
Optische strontiumklokken werken op hogere frequenties dan cesiumklokken, die microgolven gebruiken. Vanwege de hoge nauwkeurigheid en stabiliteit kunnen strontiumklokken cesium vervangen en over de hele wereld worden erkend als de belangrijkste standaard voor het meten van wereldtijd.
Hoe de efficiëntie van een atoomklok wordt gemeten
Er worden twee hoofdparameters gebruikt om de efficiëntie van een atoomklok te meten: stabiliteit en nauwkeurigheid. Stabiliteit geeft aan hoe de snelheid van het horloge verandert in de tijd en is belangrijk voor het langdurig functioneren van het uurwerk. Nauwkeurigheid laat zien hoe dicht de klok bij de resonantiefrequentie is waarmee de gebonden atomen tussen energieniveaus trillen.
Qua stabiliteit en nauwkeurigheid breekt de experimentele strontiumklok alle records.
Waarom heb je een atoomklok nodig?
Tijdmeettechnologie is geëvolueerd van minder naar nauwkeuriger. Eerst was het voldoende om elk uur te meten, daarna werd het mogelijk om minuten en seconden te meten.
Ondanks de hoge nauwkeurigheid lijken atoomklokken voor mensen niet zo noodzakelijk. Maar dit is slechts op het eerste gezicht.
Een dergelijke nauwkeurigheid van tijdmeting is noodzakelijk voor sommige systemen, waar zelfs een miljardste van een seconde een belangrijke rol speelt. Zo worden atoomklokken gebruikt om de werking van telecommunicatiesystemen en satellietnavigatiesystemen te synchroniseren.
Bedrijven die elektriciteit leveren, gebruiken nucleaire technologie om te lokaliseren waar elektrische draden beschadigd zijn. Ruimteverkenning maakt gebruik van atoomkloktechnologie om radio-observaties te maken van verre ruimtevoorwerpen.
Frequentie is een begrip dat van toepassing is op tijd. Dit is de grootte van de tijd, dit is het tempo waarin de klok loopt. Met deze waarde wordt rekening gehouden bij radio- en televisie-uitzendingen om overlappingen tussen zenders en zenders te voorkomen.
Waarnemingen van de ruimte met een sonde in het zonnestelsel zijn onmogelijk zonder de deelname van nauwkeurige atoomklokken op de stations van de aarde.
Tijd speelt een belangrijke rol bij het ordenen van verschillende soorten menselijke activiteiten. Financiële markten vereisen steeds nauwkeuriger berekeningen bij het bepalen van de timing van transacties.
