Atoomklokken zijn niet precies genoeg


Atoomklokken houden de officiële tijd bij met hooguit 1 seconde verschil per 200 miljoen jaar. Maar de deskundigen zijn zelfs met die precisie nog niet tevreden.

Een tijdstandaard die nog preciezer is zou nuttig zijn bij natuurkundig onderzoek en bij het navigeren van ruimtevaartuigen. Het plan is om de huidige atoomklokken, die de trillingen van bepaalde atomen gebruiken, te vervangen door nog betere klokken die zijn gebaseerd op de nog snellere trillingen van zichtbaar licht.

Dat is tenminste het voorstel van een groep experts van het instituut in Frankrijk dat de internationale maten en gewichten beheert. Om over te stappen van de huidige maat voor tijd, de seconde, naar een maat gebaseerd op optische straling zijn een aantal stappen nodig, zeggen ze.

De frequentie van zichtbaar licht is ongeveer honderdduizend keer hoger dan die van microgolven. Daardoor zou een klok op basis van die straling een stuk preciezer kunnen zijn. Het bouwen van de lasers die nodig zijn voor zo’n klok is nog een behoorlijke uitdaging.

Omdat die technologie de laatste jaar behoorlijk is verbeterd, komen ook de optische klokken in beeld. Amerikaanse onderzoekers toonden al aan dat het mogelijk is om optische klokken te maken die honderd keer zo precies zijn als de beste klokken die werken met microgolven.

Klokken meten de tijd door een periodieke actie te volgen. In een ouderwetse klok is dat het heen en weer bewegen van een pendule. In de huidige atoomklokken is het de frequentie die nodig is om een cesium-133-atoom naar een hoger energieniveau te krijgen. De seconde wordt officieel gedefinieerd als 9.192.631.770 cycli van de straling die hoort bij de overgang tussen twee energieniveaus van cesium-133. Daarmee is een atoomklok op basis van cesium constanter dan de rotatie van de aarde zelf.

Er zal nog wel flink wat tijd overheen gaan voordat voor de definitie van de seconde echt wordt overgegaan op optische klokken. Er is ook geen haast bij, aldus het hoofd van het Duitse meetinstituut dat de Europese atoomklok-signaal verzorgt. Hij vindt dat cesium-klokken nog accuraat genoeg zijn voor de huidige toepassingen, en dat een nieuwe definitie wel kan wachten tot ergens na 2030. Dan geeft wetenschappers genoeg tijd om te zorgen dat de nieuwe klokken zo precies en betrouwbaar mogelijk zijn.