Wetenschappers werken aan accurate atoomklok met grootte van Rubiks kubus

Wetenschappers van de Amerikaanse universiteit MIT en van Draper Laboratory werken aan een atoomklok met potentieel de grootte van een Rubiks kubus. De onderzoekers willen de traditionele atoomklok verkleinen door geen seconden, maar tien milliseconden per keer te meten.

De atoomklok zal niet zo langdurig accuraat zijn als de grote atoomklokken die wereldwijd de precieze tijd aangeven, maar het zal volgens hen wel vrijwel even precies zijn als de klokken die in gebruik zijn in onder meer gps-satellieten. Bovendien moet het mogelijk zijn de atoomklok mee te nemen in bijvoorbeeld een rugzak.

Dat vereist dat de klok tegen een stootje kan. Net als grote atoomklokken moet de kleinere klok werken door radiogolven door cesiumatomen te leiden. De onderzoekers willen de klok kleiner maken door de atomen niet een meter de lucht in te schieten om een seconde te meten, maar veel minder hoog te schieten om 10 milliseconden te meten. Dat meten de wetenschappers vervolgens met een laserstraal.

Volgens de onderzoekers is de atoomklok 'een dag of een week' stabiel en dat zou vooral handig in gebruik zijn voor toepassingen waarbij het niet mogelijk is om een atoomklok te synchroniseren, zoals onder water. De atoomklok is nog niet klaar.

Reacties (53)

[jelte1234]

Hoe is dat kleiner dan deze?? https://www.kickstarter.c...the-cesium?ref=nav_search

[MSalters]

Het gelinkte artikel erkent het bestaan van CSAC(chip-sized atomic clocks), en jij linkt naar een horloge met zo'n CSAC.

Dit gaat om een fonteinklok, waarbij de atomen omhoog geschoten worden, en vervolgens in vrije val worden gebruikt. De fontein is nu alleen geen meter meer hoog, maar een paar centimeter.

Het voordeel van fonteinklokken is dat de atomen in vrije val nauwkeuriger gedefinieerde frequenties hebben. In het bijzonder hangt het niet meer af van de lokale zwaartekracht, en die verschilt zo'n 0.3% over de wereld.

[Stoney3K]

Het voordeel van fonteinklokken is dat de atomen in vrije val nauwkeuriger gedefinieerde frequenties hebben. In het bijzonder hangt het niet meer af van de lokale zwaartekracht, en die verschilt zo'n 0.3% over de wereld.

Hoe kan dat dan? Je hebt nog altijd de invloed van de lokale zwaartekracht op de ruimtetijd, waardoor die atomen van buitenaf gezien nog altijd langzamer of sneller gaan trillen (vanuit het atoom gezien verandert er niets).

Als ze daadwerkelijk een klok hebben gemaakt die níet afhankelijk is van tijddilatatie als gevolg van lokale zwaartekracht, dan mogen ze even met ene Einstein gaan praten.

Wat er natuurlijk wel kan gebeuren is dat het effect van die lokale zwaartekracht over een groter gebied wordt uitgesmeerd.

[Jaco69]

Ook in vrije val? Vrije val lijkt veel op geen zwaartekracht.

[Stoney3K]

Ook in vrije val? Vrije val lijkt veel op geen zwaartekracht.

Fout, in vrije val heb je geen gewichts kracht die op het oppervlak onder je werkt. De zwaartekracht heeft nog steeds effect.

De reden waarom je je op aarde ook niet gewichtloos voelt, is omdat je een gewichtstkracht uitoefent op het oppervlak onder je (bv. de vloer of de stoel waar je op zit), en je de tegenwerkende kracht (normaalkracht) voelt.

In een vrije val of in een omloopbaan voel je geen gewicht maar heeft de zwaartekracht nog steeds effect. Er is alleen niets waar je tegenaan kan 'vallen', daarom merk je het niet.

[Jaco69]

Langer verhaal met zelfde conclusie. Je merkt in vrije val geen zwaartekracht dus vrije val lijkt veel op geen zwaartekracht.

Schijnbaar verminderd de vrije val ook de tijddilatatie anders was dit ontwerp atoomklok er niet.

[MSalters]

Je hebt een klassieke natuurkundige benadering daar.

Een omloopbaan is versneld - je hebt permanent een versnelling loodrecht op je baan (veroorzaakt door de zwaartekracht). Die zullen we even negeren.

Einstein merkte echter op dat je in een lift het verschil niet kunt meten tussen de versnelling van die lift en de zwaartekracht.

Stel dus dat die lift zich in een vrije val bevindt. Dan ben jij gewichtsloos. Stel dat die lift zich in de ruimte ver van alle massa's bevindt. Dan ben je precies even gewichtloos, en volgens Einstein kun je het verschil niet meten.

De atomen in deze klok vallen in vrije val, en dat is dus in hun perspectief equivalent aan geen zwaartekracht. Dat is waarom die atomen trillen op hun natuurlijke frequentie, en waarom dat zo stabiel is.

[Stoney3K]

Je hebt een klassieke natuurkundige benadering daar.

Een omloopbaan is versneld - je hebt permanent een versnelling loodrecht op je baan (veroorzaakt door de zwaartekracht). Die zullen we even negeren.

Einstein merkte echter op dat je in een lift het verschil niet kunt meten tussen de versnelling van die lift en de zwaartekracht.

Stel dus dat die lift zich in een vrije val bevindt. Dan ben jij gewichtsloos. Stel dat die lift zich in de ruimte ver van alle massa's bevindt. Dan ben je precies even gewichtloos, en volgens Einstein kun je het verschil niet meten.

gewicht loos betekent dat er geen kracht wordt uitgeoefend. Dat staat echter los van het wel of niet aanwezig zijn van een zwaartekrachtveld en dat zwaartekrachtveld is wat tijddilatatie veroorzaakt.

GPS-satellieten zijn ook gewichtloos maar hebben dat effect ook, omdat de (lokale) zwaartekracht in een geostationaire baan lager is dan die op het oppervlak.

Het is niet zo dat je wanneer je een GPS-satelliet stil zou zetten en hij in een vrije val recht naar beneden dondert, dat de atoomklok dan spontaan sneller gaat lopen. De vervorming van de ruimtetijd (als gevolg van het zwaartekrachtveld) is namelijk niet anders.

[Reactie gewijzigd door Stoney3K op 28 juli 2024 21:33]

[Cave_Boy]

Aan echte maten heb je meer. In het artikel staat de maat van een rubiks kubus maar daar heb je weinig aan (heb zelf 4 van die dingen gehad en waren allen verschillend in formaat), Als je kijkt op Google afbeeldingen dan vind je ook allemaal verschillende maten. https://www.google.nl/sea...gQ_AUoAQ&biw=1527&bih=850

[Verwijderd]

Gelukkig maar. Een horloge in een rubics cube plaatsen kan iedereen

[mcDavid]

Die heeft zelfs ook al op tweakers gestaan: nieuws: Inzamelingscampagne voor horloge met atoomklok van start gegaan

Ik dacht zelfs even dat het om een repost ging maar het lijken toch wel twee verschillende projecten te zijn.

[Verwijderd]

Ik neem aan dat de atoomklokken uit het artikel worden gebruikt voor wetenschappelijke doeleinden en niet als horloge. Daarnaast zie ik nergens staan dat ze beweren de kleinste te zijn.

[jelte1234]

Uit deze zin " potentieel de grootte van een Rubiks kubus. De onderzoekers willen de traditionele atoomklok verkleinen" haal ik: De grootte van een rubiks kubus is nog niet gehaald, maar is wenselijk. en het staat er alsof de klokken nog niet verkleind zijn.

Maar, aan de andere kant, ze beweren inderdaad nergens de kleinste te zijn. Ik ben er echter wel vrij zeker van dat het horloge in bovengenoemde kickstarter ook tegen de meeste stootjes kan. (laat staan met nog ietsjes rubber er om heen)

[Verwijderd]

Yes, maar zover ik kan zien is die Kickstarter alleen een horloge met wijzerplaat. Die kun je dan toch niet accuraat uitlezen voor wetenschappelijke doeleinden, zoals het synchroniseren van een andere atoomklok?

[jelte1234]

Helemaal waar!

Daar is waarschijnlijk binnen hetzelfde formaat wel wat aan te doen, maar ja.

[coentjuhh94]

Kan iemand mij uitleggen, wat je nou precies hebt aan zo'n kleine atoomklok? Voldoet een normale klok niet?

[Verwijderd]

Van wat ik ervan begrijp word je tijdmeting een stuk nauwkeuriger. Dit is van belang bij positiebepaling, Want hoe nauwkeuriger je tijdmeting hou nauwkeuriger je je afstand kan meten.

[OddesE]

Maar let's face it, het hebben van een atoomklok heeft natuurlijk ook een stevige Bling factor. Als ze dit nog verder kunnen krimpen tot horloge formaat dan zie ik echt wel een markt voor horloges met atomaire precisie.

(dat je er niks aan hebt omdat er elk jaar arbitrair schrikkel secondes worden toegevoegd waardoor zelfs de beste klok nooit langer dan een jaar gelijk kan lopen, dat zal de marketing afdeling er dan niet bij vermelden natuurlijk )

[Mermer]

http://nl.wikipedia.org/wiki/Radiografische_klok

[Stoney3K]

http://nl.wikipedia.org/wiki/Radiografische_klok

Tja, dan heb je ook gewoon een atoomklok op afstand. Net zoals een horloge of telefoon die de tijd van GPS haalt.

[hardwareaddict]

helaas Nymphetic. Afstands/snelheidsmeting doe je met name met het DOPPLER effect of als het om korte afstanden gaat met de faseverschuiving van lasers.

Dus geen enorm dure atoomklok nodig dan.

Atoomklokken zijn belangrijk met name voor satellieten. Dan moeten ze wel iets langer ok werken dan een paar dagen natuurlijk

[MartijnHavinga]

Als je bijvoorbeeld expirimenten doet met licht / radiogolven / whatever ander spul dat zich op lichtsnelheid verplaatst. Een paar nanoseconden maakt dan ineens best veel verschil.

[Stoney3K]

Als je bijvoorbeeld expirimenten doet met licht / radiogolven / whatever ander spul dat zich op lichtsnelheid verplaatst. Een paar nanoseconden maakt dan ineens best veel verschil.

Niet alleen dat, met een aantal nauwkeurige atoomklokken kun je ook heel nauwkeurige metingen doen op het gebied van zwaartekrachtvelden. Je meet dan de tijddilatatie tússen de verschillende atoomklokken.

[Bosmonster]

Misschien gesloten systemen/netwerken, die toch graag een accurate tijd willen hebben?

[StefanTs]

"Volgens de onderzoekers is de atoomklok 'een dag of een week' stabiel en dat zou vooral handig in gebruik zijn voor toepassingen waarbij het niet mogelijk is om een atoomklok te synchroniseren, zoals onder water."

[EJlol]

Als hij even nauwkeurig is als dat nodig is voor een GPS satteliet, maar wel een stuk kleiner, dan verwacht ik dat ze erg blij zullen zijn met deze klok. Immers betekent kleiner over het algemeen ook lichter (dat hoeft dus niet in dit specifieke geval te zijn), en dat betekent weer dat het goedkoper is om het de ruimte in te schieten. Bijvoorbeeld als GPS satteliet dus.

[OddesE]

Volume maakt ook wel uit voor satelliet toepassingen.... Deze past in een nanosat denk ik

[hardwareaddict]

Kleinere atoomklok, kleinere satelliet natuurlijk. Maar dan moet hij wel iets langer ok werken dan een paar dagen

[Monne]

Als hij betaalbaar is wil ik wel een atoomklok Is gaaf om uit je rugzak te pakken als iemand de tijd vraagt..

[ReneK]

Euh...op een atoomklok kan je niet zien hoe laat het is, hoor.
Een atoomklok genereert alleen maar zeer nauwkeurige frequenties of tijdpulsen (bv. 1 puls per seconde met een nauwkeurigheid van 1E-10 of beter).

Ik heb hier zo'n ding staan van mijn werk (Rubidium, geen Cesium). Het is gewoon een 19" kast
met een hoop aansluitingen en een aan/uit knop. Meer is het niet.

Bezoekers die ernaar informeren stellen altijd de vraag: waar kan ik nou zien hoe laat het is op
dat ding? Nou, niet dus.

[Monne]

Zal dat niet aan jouw atoomklok liggen? Ik vindt het sterk dat een draagbare versie daarvan de tijd niet weergeeft.

[henk1994]

Een atoomklok genereert enkel pulsen. Een ander systeem wat hierop aangesloten zit kan de pulsen tellen en aan de hand daarvan de tijd bepalen. Een atoomklok is dus niet een klok zoals je die in het dagelijks leven gebruikt, maar meer een soort pulsgenerator.

[spNk]

En hoeveel verschilt dat van een normale klok? Zonder wijzers is het geen klok, maar door er wijzers aan het uurwerk te hangen word het er wel een

Motor -> uurwerk/overbrenging -> wijzers. Komt toch op hetzelfde neer?

[Reactie gewijzigd door spNk op 28 juli 2024 21:33]

[OddesE]

Een atoomklok is dus niet een klok zoals je die in het dagelijks leven gebruikt, maar meer een soort pulsgenerator.

En hoeveel verschilt dat van een normale klok?

Niks. Elke klok is een pulsgenerator. Een gewoon horloge gebruikt meestal een stukje kwarts kristal. Een atoomklok gebruikt een atoom. Maar het principe is gelijk.

Een klok word pas een wandklok als hij 'de tijd' weergeeft. De enige manier om dat te doen met een oscillator is vanaf een bepaald vast referentiepunt te tellen. Zo weet je hoeveel oscilaties, seconden, minuten, uren etc verstreken zijn sinds je begon te tellen... en dus hoe laat het is.

Het probleem met wall-clock time is dat deze niet voorspelbaar is. Dit komt doordat we onze kalender en klok laten bepalen door de bewegingen van de Zon, de Aarde en de Maan. Een dag is bijvoorbeeld gedefinieerd als de tijd die het kost voor de Aarde om een keer om haar as te draaien. Dit varieert echter (heel licht) over de jaren heen. Hetzelfde geldt voor de snelheid waarme de Aarde haar omloop om de Zon voltooit. Hierdoor duurt het ene jaar langer dan het andere.

Iedereen kent natuurlijk wel schrikkeljaren. Maar wist je dat er ook schrikkelseconden bestaan? De schrikkeljaren zijn best raar, maar volgen tenminste nog een (bizar) systeem (wist je dat niet élke 4 jaar een schrikkeljaar is?). Schrikkelseconden daarentegen worden gewoon elk jaar aan de hand van observaties toegevoegd en je kunt dit eigenlijk niet van tevoren weten. Vandaar dat het eigenlijk niks uit maakt of je een goedkoop flut horloge hebt of een 'atoomhorloge'; na een jaar staan ze *allemaal* fout.

[Verwijderd]

Oftewel in het kort: een klok meet verstreken tijd. Een tijdsaanduiding in uren, minuten en seconden heeft daar eigenlijk niks mee te maken. Verstreken tijd geven we in de wetenschap aan in seconden. Een begin- en eindtijd op een wandklok, hoe nauwkeurig ook, zou onzinnig zijn.

[MSalters]

Valt wel mee hoor. Schrikkelsecondes zijn de uitzondering, niet de regel. De stelling dat horloges na een jaar *allemaal* fout staan is dus meestal niet waar. En zelfs als ze toegevoegd moeten worden weten we dat meestal van te voren. 2015 heeft er weer eentje, bijvoorbeeld. GPS kondigt het ook aan.

[Alex3]

Nee, oorspronkelijk is een klok een voorwerp met een bepaalde vorm: b.v. een luidklok, een duikerklok, een sneeuwklokje. Het gebruik van het klok voor uurwerk is daar later van afgeleid.

[warhamstr]

Een klok heeft niet perse wijzers, een klok houd een bepaalde tijd bij.

[ivanjacob]

Dan kun je toch gewoon een grotere klok maken met een atoomklok er in?

[poor Leno]

Ja in je rugzak en dan ermee door de douane op t vliegveld?

[Zapato]

Waarom niet ter grote van een wekker? De vergelijking met een Rubiks kubus heeft wel invloed op hoe ik dit artikel lees.

[Verwijderd]

Omdat een Rubiks Cube over het algemeen altijd even groot is en wekkers hebben niet een soortgelijk formaat. Daarnaast zijn de klassieke wekkers ook een stuk groter ;p

[PuzzleSolver]

Waarom niet ter grote van een horloge

https://www.kickstarter.c...mic-wristwatch-the-cesium

[beeguy123]

[OddesE]

Of waarom niet gewoon de maten? In centimeters zeg maar?

[Verwijderd]

Marketing. Een rubik's cube is wereldwijd bekend, en niet overal maken we gebruik van dezelfde maten ( meters / feet etc ). Maak combineer wetenschap met iets wat de hele wereld kent en/of herinneringen aan heeft en de mensen zijn eerder geneigd om te luisteren.

Gokje, maar iets zegt me dat ik er niet ver naast zal zitten

[qlum]

Omdat wanneer je zegt dat de klok ongeveer 5 bij 5 centimeter is je eigenlijk al preciezer aangeeft hoe groot hij is dan wanneer je zegt zo groot als een rubikskubus met dit soort aanduidingen geef je eigenlijk gewoon een grovere schatting.

[Verwijderd]

Ik heb hier een cube op mijn bureau liggen, geen idee hoe ik er aan kom. Zit nog in de originele verpakking natuurlijk.
Maar als ik deze meet kom ik aan 3 centimeter, dus dat zou een kleine wekker zijn.
Ik neem aan dat de originele cube bedoeld wordt.

[John Duh]

En toch blijf ik mechanische uurwerken veel interessanter vinden. Uit nostalgisch en ambachtelijk oogpunt, denk ik. Overigens sync ik mijn mechanisch horloge om de dag, met een zendergestuurde klok, welke dus gekoppeld is aan de atoomklok die in buurt van Frankfurt staat...

[warhamstr]

Ik vind fietsen ook veel interessanter dan schepen... Of appels anders dan peren. Of een hele container vol peren vind ik geen appel.

[Reactie gewijzigd door warhamstr op 28 juli 2024 21:33]

[John Duh]

Het gaat om de techniek achter de tijdmeting. Het zijn twee uitersten, maar ze streven in principe wel hetzelfde doel na: nauwkeurige tijdregistratie

[EmptyNull]

Ben benieuwd naar de daadwerkelijke uitvoering.

[hardwareaddict]

Een atoomklok die maar paar dagen ok werkt vind ik niet erg nuttig.