Nauwkeurigste atoomklok ooit wijkt pas na 300 miljard jaar een seconde af

Onderzoekers in Singapore hebben een atoomklok gebouwd die volgens hun metingen nauwkeuriger is dan elke andere atoomklok in de wereld. De klok van het Centre for Quantum Technologies aan de National University of Singapore werkt met één enkel geladen atoom van het metaal lutetium en wijkt pas na 300 miljard jaar met een seconde af.

De onzekerheid op de frequentie van de klok bedraagt 1 x 10⁻¹⁹. Dat is de laagste waarde ooit voor zo’n atoomklok. 

Omgerekend zou zo'n klok pas na ruwweg 300 miljard jaar een seconde afwijken, meer dan twintig keer de leeftijd van het heelal. De onderzoekers om dat te controleren ook een tweede exemplaar en vergeleken beide klokken 200 uur lang. Ze liepen gelijk binnen 5,7 x 10⁻¹⁹. Het is de meest precieze vergelijking tussen twee klokken ooit gemeten.

Geen tandwielen

Een atoomklok telt geen tandwielen maar trillingen. Een elektron in een atoom springt tussen twee energieniveaus en dat gebeurt altijd bij exact dezelfde frequentie. Onderzoekers stemmen een laser af op die frequentie en tellen de trillingen van het licht. Sinds de jaren 1960 is de officiële seconde gebaseerd op klokken op basis van cesiumatomen. Nieuwere optische klokken met aluminium, strontium en ytterbium trillen veel sneller en hielden tot nu toe het record.

Lutetium heeft een troef: de sprong van het elektron reageert nauwelijks op schommelingen in temperatuur of magnetische velden. Bij andere materialen verstoren die de klok een klein beetje.

Wat heb je eraan?

Precieze tijd is de ruggengraat van gps en andere communicatietechnologieën. Klokken op dit niveau zijn zo gevoelig dat ze merken dat de tijd trager loopt op een plek die enkele millimeters lager ligt, door het effect van de zwaartekracht. Daarmee kunnen ze veranderingen in de zwaartekracht op aarde volgen en fundamentele natuurkunde testen.

De volgende stap is om de klok te verkleinen tot een versie die het labo uit kan. Dat is ook nodig om hem te vergelijken met de beste klokken elders.