donderdag 13 augustus 2009

Zoals het ytterbiumklokje tikt

Tijd is een moeilijk begrip.
We ervaren tijd als de opeenvolging van momenten.
Tijdsduur is meetbaar. En voor al wat meetbaar is hebben we een meet-eenheid.
Voor lengte is dat de meter, voor massa is dat de kilogram.
Voor tijd is dat de seconde.
Eén meter en één kilogram kunnen we ons nog tamelijk gemakkelijk voorstellen.
Maar wat is een seconde eigenlijk?


Oorspronkelijk was een seconde het 86.400ste deel van een zonnedag.
En een zonnedag is de tijdsduur die de aarde nodig heeft om éénmaal om haar as te draaien, gezien vanaf de zon.
Maar die zonnedag is om allerlei redenen niet constant.
O.a. omdat de rotatie van de aarde om haar as niet constant is.
Toen men dat besefte, is men allerlei trucs gaan bedenken om te corrigeren. Maar het was eigenlijk allemaal wat lapwerk.
De seconde was dus een slecht omschreven eenheid van tijdsduur.

Tot men in 1955 resoluut een andere richting uitging.
Men liet voorgoed de koppeling varen tussen de eenheid van tijdsduur en de aardrotatie. M.a.w. de seconde was niet langer een deeltje van de duur van een dag.
Van toen af aan werd wat er in het inwendige van atomen gebeurt de basis voor de bepaling van de seconde.
Om het niet te ingewikkeld te maken: in een atoom kan men de deeltjes die erin aanwezig zijn zeer snel aan het trillen brengen.
Die trillingen verlopen met een zeer constant ritme en ze zijn zeer precies te tellen. Ik laat hier in het midden hoe men dat doet.

In 1969 heeft men besloten om de seconde een nieuwe definitie mee te geven op basis van zo’n trillingsaantal.
Van toen af aan was 1 seconde = de tijd nodig om in een atoom cesium 9.192.631.770 trillingen te tellen.
De nauwkeurigheid van die telling werd meer en meer verbeterd.
Daardoor werd de fout op de seconde van langs om kleiner.
Een cesium-atoomklok die op die telling gebaseerd is, vertoond tegenwoordig maar een fout van 1 seconde op 100 miljoen jaar!

En toch is men nog niet tevreden.
Men vindt dat nog altijd niet nauwkeurig genoeg.
Een nieuwe studie van wetenschappers aan het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology (NIST) te Gaithersburg stellen nu voor om niet langer de atoomsoort cesium te gebruiken.
Ze tonen in hun studie aan dat met de atoomsoort ytterbium nog veel nauwkeuriger kan gewerkt worden.
Wellicht zit er dus een aanpassing van de definitie van de seconde aan te komen op basis een trillingsaantal in een atoom ytterbium.

Waarom moet de tijdsduur nu zo nauwkeurig kunnen gemeten worden?
Natuurlijk heeft dit geen nut voor onze dagelijkse bezigheden?
Hola, niet te vlug.
Een paar voorbeelden maar.
Wat dacht je van je radiogestuurd klokje of wekkertje?
Dat haalt zijn juiste tijd uit een radiogolf afkomstig van de DCF77-zender in Mainlingen en op zijn beurt is dat radiosignaal gekalibreerd op een atoomklok in Braunschweig. Ik heb het daar daar al eens in een vorig berichtje over gehad.
Maar niet alleen je wekkertjes, ook je computerklok en de juiste tijd op je radio en TV b.v. zijn geijkt op de Braunschweig atoomklok
En gebruik je nu ook een GPS om de weg naar huis of naar elders te vinden?
Welnu het de nauwkeurigheid van het hele GPS-systeem hangt af van de nauwkeurigheid van de atoomklokken die de 24 GPS-satellieten aan boord hebben.

Laat ons dus maar blij zijn dat die klokjes nauwkeurig werken.
Nu moeten we teminste aan ons vrouwke (of manneke) niet vragen om de kaart te lezen als we ergens naar toe willen.
Was dat bij jullie ook zo’n ramp?

image

Geen opmerkingen:

Een reactie plaatsen