Nieuwe atoomklok mist slechts één seconde in de 15 miljard jaar

In de nieuwste atoomklok liggen de strontiumatomen in een rooster van licht, veilig als eieren in een eierdoos.

Er is een nieuw type atoomklok gemaakt, gebaseerd op strontium-atomen, die zo precies loopt dat als hij gelijkgezet was tijdens de oerknal – 13,9 miljard jaar geleden – de klok nu ongeveer één seconde voor of achter zou lopen. Dat melden onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) in Boulder, Colorado, dinsdag in Nature Communications.

De klok zet met daarmee het record drie maal scherper dan de vorige recordhouder, die er al na 5 miljard jaar een seconde naast zou zitten.

Atoomklokken, de hoogste standaard in tijdsmeting, zijn gebaseerd op losse atomen. De elektronen binnenin bijvoorbeeld cesium-atomen kunnen zich in verscheidene energieniveaus bevinden. Bij het omschakelen tussen die niveaus absorberen ze elektromagnetische straling, of zenden ze het juist uit.

Eén bepaalde overgang in het cesium-atoom levert elektromagnetische straling met een frequentie van 9.192.631.770 trillingen per seconde, een getal dat sinds 1967 de definitie van de seconde bepaalt. Daarmee is de beste cesiumklok per definitie de meest precieze atoomklok.

Maar de nieuwere klokken gebruiken nu veel hogere, stabielere, en nauwkeuriger meetbare frequenties. Het hart van de nieuwe klok bestaat uit duizenden strontium-atomen in een ‘optisch rooster’: een strak geordend kruisvuur van dunne laserbundels, met op de kruispunten de losse atomen, als eieren in een eierdoos.

Op die manier botsen ze niet met elkaar en worden ook storende invloeden van buiten kleiner. Door de grote aantallen worden de meetonzekerheden kleiner. De nieuwe strontiumklok werkt bovendien bij kamertemperatuur, en hoeft niet gekoeld te worden.

Vanwege hun nauwkeurigheid worden atoomklokken inmiddels ook gebruikt voor veel andere precisiemetingen. Iedere GPS- of Galileo-navigatiesatelliet heeft een eigen atoomklok.