Tijdmeting tot het 19e cijfer
Een team van het Centre for Quantum Technologies aan de Nationale Universiteit van Singapore heeft naar eigen zeggen de nauwkeurigste atoomklok tot nu toe gebouwd. Het apparaat gebruikt een enkel lutetiumion en meet de trilling van het atoom tot 19 decimalen. De onderzoekers rapporteerden een onzekerheid van ongeveer 1 x 10⁻¹⁹, de laagste die ooit voor een optische atoomklok is geregistreerd. Het werk werd op 23 september gepubliceerd in Nature.
Optische klokken werken door het licht te tellen dat een atoom absorbeert wanneer het van energietoestand verandert. Hoe stabieler die frequentie, hoe beter de klok. De lutetiumovergang is ongewoon ongevoelig voor temperatuur en magnetische velden, wat helpt.
Twee klokken, één antwoord
Om het ontwerp te testen bouwde het team twee klokken en liet ze 200 uur naast elkaar lopen. Het paar kwam overeen binnen 5,7 x 10⁻¹⁹. Volgens de onderzoekers is dat de meest precieze vergelijking van twee klokken ooit gerapporteerd.
Het team vond ook een techniek uit die het hyperfijne middeling noemt om de klokovergang te definiëren, en mat de hoogte van de ionen tot op minder dan een millimeter. Kleine hoogteverschillen zijn belangrijk omdat zwaartekracht het tempo van de tijd verandert.
Waarom het ertoe doet
Een nauwkeurigere klok zou natuurkundigen kunnen helpen testen of de constanten van de natuur in de loop van de tijd veranderen, en zou nieuwe manieren kunnen ondersteunen om de seconde te definiëren. De huidige definitie is gebaseerd op cesium, dat tikt op microgolffrequenties. Optische klokken lopen honderdduizenden keren sneller, wat ze moeilijker te bouwen maakt maar veel preciezer.
Het resultaat is een verbetering van 41 procent ten opzichte van de vorige recordhouder, zegt het team. Anderen in het veld waarschuwen dat recordclaims afhangen van hoe onzekerheid wordt gemeten, en dat het jaren duurt om zulke ontwerpen uit het laboratorium te halen. Toch geeft de vergelijking tussen twee onafhankelijke klokken de meting ongewoon veel gewicht. De onderzoekers zijn van plan nu verdere runs te doen om de onzekerheid te verkleinen.