Onderzoekers in China hebben een strontium optische roosterklok ontwikkeld die zo nauwkeurig is dat deze binnenkort een fundamentele verandering zou kunnen forceren in de manier waarop we tijd meten. Dit gaat niet alleen over betere horloges; het gaat over het herdefiniëren van de seconde zelf.
Het probleem met de huidige tijdwaarneming
Al meer dan een halve eeuw wordt de tweede gedefinieerd door de oscillaties van cesium-133-atomen – een opmerkelijk stabiele standaard, maar nog steeds onvolmaakt. De rotatie van de aarde is niet consistent. Als je vertrouwt op de lengte van een dag om de tijd te definiëren, betekent dit dat de seconde zelf op subtiele wijze zou verschuiven. Atoomklokken hebben dit opgelost, maar optische klokken bieden de volgende sprong in precisie.
Hoe de nieuwe klok werkt
De nieuwe klok maakt gebruik van strontiumatomen, die trillen op zichtbare lichtfrequenties en meer dan 700 biljoen “tikken” per seconde genereren. Dit is een enorme verbetering ten opzichte van de 9 miljard oscillaties van cesium. De USTC-onderzoekers bereikten een onzekerheid van 9,2 x 10-19, wat betekent dat de klok slechts één seconde zou verliezen na ongeveer 30 miljard jaar te hebben gelopen – langer dan de huidige leeftijd van het universum.
Dit nauwkeurigheidsniveau is niet alleen theoretisch. Het opent deuren naar nieuwe wetenschappelijke mogelijkheden, waaronder nauwkeuriger zoeken naar donkere materie en nauwkeurige metingen van het zwaartekrachtveld van de aarde.
Het pad naar herdefinitie
Om de tweede officieel opnieuw te kunnen definiëren, moeten er bij verschillende instellingen ten minste drie optische klokken die aan strikte precisienormen voldoen, functioneren. De USTC-klok sluit zich aan bij twee andere op strontium gebaseerde klokken en twee aluminiumionenklokken die deze mijlpaal al hebben bereikt.
De beslissing ligt bij de Algemene Conferentie voor Gewichten en Maatregelen (CGPM), die elke vier jaar bijeenkomt. Hoewel de herdefinitie niet zal plaatsvinden tijdens de bijeenkomst van 2024, wordt er tegen 2030 een voorstel voor de nieuwe standaard verwacht, met een datum voor implementatie die volgt.
“Deze prestatie voldoet aan de 2 x 10-18 nauwkeurigheidsvereiste met één klok voor het herdefiniëren van de SI-seconde, met potentiële toepassingen in relativistische geodesie en zoeken naar donkere materie met hoge resolutie”, schrijven de onderzoekers.
De stap naar het herdefiniëren van de tweede is niet alleen een technische aanpassing; het is een erkenning dat onze meest nauwkeurige instrumenten nu een stabielere en universelere definitie van tijd vereisen. Het zal een nieuwe vorm geven aan de manier waarop we de werkelijkheid op het meest fundamentele niveau meten.
