De ‘atoomseconde’ ziet Abraham

10 oktober 2017, 00:00
De vier primaire atoomklokken van de PTB (foto: Physikalisch-Technische Bundesanstalt).
De vier primaire atoomklokken van de PTB (foto: Physikalisch-Technische Bundesanstalt).

Reden voor een klein feestje: de moderne definitie van de seconde (de ‘atoomseconde’) wordt op 13 oktober van dit jaar vijftig.

Historisch gezien is de tijd (naast lengte en gewicht) een van de belangrijkste grootheden. Hoewel natuurkundigen (en filosofen) nog altijd moeite hebben te formuleren wat ‘tijd’ nou eigenlijk precies is, hoort de tijd onlosmakelijk bij het dagelijkse leven.

Een beetje geschiedenis

Al in de oudheid werd de tijd gemeten — aan de hand van de beweging van de aarde ten opzichte van de zon en de sterrenhemel. Op die manier kon de tijd overal relatief eenvoudig maar niet erg nauwkeurig worden bepaald. Met het aanbreken van de industriële revolutie werd een nauwkeuriger tijdmeting steeds belangrijker, eerst met behulp van slingeruurwerken, later met kwartsuurwerken en uiteindelijk sinds 1967 met atoomklokken, die gemiddeld elke tien jaar tienmaal nauwkeuriger worden.

Natuurconstanten

In 1870 stelde de fysicus James Clerk Maxwell voor om niet meer uit te gaan van op ‘aardse’ grootheden gebaseerde eenheden (zoals de lengte van de dag voor de seconde, of de lengte van een meridiaan voor de meter) maar de basiseenheden te baseren op natuurconstanten die overal en altijd hetzelfde zijn. In 1940 stelde de Amerikaanse fysicus Isidor Rabi voor om de overgangsfrequentie tussen twee specifieke toestanden van een atoom voor de meting van de tijd te gebruiken.

Vijftien jaar later, in 1955, tikte de eerste cesium-atoomklok de seconden weg, en een paar jaar later zag het moderne stelsel van eenheden, het SI (Système International), het licht. Op 13 oktober 1967 werd dan de seconde officieel gedefinieerd als de duur van 9.192.631.770 perioden van de straling die correspondeert met de overgang tussen de twee hyperfijnenergieniveaus van de grondtoestand van een cesium-133-atoom in rust bij een temperatuur van 0 K.

In de Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig (Duitsland) werd in 1969 de eerste (zelfgebouwde) cesium-atoomklok in gebruik genomen. Inmiddels staan er vier van dergelijke klokken die dankzij de haast onvoorstelbare nauwkeurigheid van 16 cijfers achter de komma een belangrijke rol spelen bij de internationale tijdmeting.

De toekomst

De seconde is een van de eerste twee basiseenheden die op een natuurconstante was gebaseerd (de meter is de andere). Tegen het einde 2018 zullen, als alles volgens plan verloopt, alle SI-eenheden op onveranderlijke natuurconstanten zijn gebaseerd. Overigens is de seconde ‘toekomstbestendig’ gedefinieerd: de cesiumstandaard zal het nog wel een tijdje uithouden...

 

Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items