Het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology heeft zijn vorig jaar gepresenteerde atoomklok nog preciezer gemaakt. Afgelopen jaar ging het nog om een afwijking van een seconde per vijf miljard jaar, maar dit is teruggebracht naar eens in 15 miljard jaar.
Het tweaken van een dergelijk precisie-instrument is geen sinecure, schrijft de organisatie op haar site. De klok werkt door het verschil in energieniveau van de elektronen in de kern van het element strontium te meten. Na de aanpassing is de klok goed genoeg om kleine verschillen in het verstrijken van de tijd te meten op verschillende hoogtes. Dat verschil komt door het verschil in zwaartekracht en is al meetbaar met de klok bij twee centimeter hoogteverschil. Dit effect, gravitationele tijddilatatie, is een kant van Einsteins relativiteitstheorie en werd al eerder gemeten bij een groter verschil in afstand tot het centrum van de aarde. De laatste keer in 2010 lukte het onderzoekers om dit vast te stellen bij minimaal 33 centimeter.
Om de klok preciezer te maken, plaatsten de onderzoekers supergevoelige thermometers in de vacuümkamer van de klok. Op die manier kunnen de fouten in metingen en berekeningen beter gecorrigeerd worden met betrekking tot de warmte uit de omgeving, de zogenaamde zwarte straling. Het elektrische veld van zwarte straling wijzigt de reactie van de atomen op het laserlicht, waardoor de meting niet precies genoeg is, als daarvoor niet wordt gecorrigeerd.
Toch gaat ook deze precisie de onderzoekers niet ver genoeg. Als het verschil in tijd nog preciezer gemeten kan worden, dat wil zeggen bij een centimeter hoogteverschil, dan kan de vorm van de aarde nog beter bepaald worden. Een van de onderzoekers zegt zelfs tegen de LA Times dat als de klok nog eens duizend keer preciezer gemaakt kan worden, we de 'symfonie van het heelal' kunnen horen, bijvoorbeeld de verandering in ruimtetijd als een ver weg gelegen sterrenstelsel ontploft. Iets dichter bij huis is deze relativistische geodesie ook van belang bij de ontwikkeling van gps-achtige navigatiesystemen.
In de klok worden een paar duizend strontium-atomen in een dertig bij dertig micrometer-kolom bij elkaar gehouden. De kolom bestaat uit 400 cirkelvormige regionen die gevormd worden door de lasers. De trillingen van de atomen kunnen zo heel precies gemeten worden door het netwerk van lasers waar ze in gevangen zitten. De klokt 'tikt' met 430 biljoen trillingen per seconde.
De online versie van de paper is hier te lezen.