Mini atoomklokken in ontwikkeling

Mini-atoomklok ontwikkeld
 
^{bron: planet.nl}
 
Natuurkundigen van het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology hebben ’s werelds kleinste atoomklok ontwikkeld.
Het nauwkeurige klokje is net zo groot als een rijstkorrel

Extreem nauwkeurige uurwerken
Atoomklokken vormen de meest nauwkeurige uurwerken ter wereld. Die extreme nauwkeurigheid danken de atoomklokken door de toestandsovergang van atomen te meten. Ze zijn van groot belang voor de wetenschap. Onderzoekers berekenen met atoomklokken bijvoorbeeld de omwentelingssnelheid van de aarde of de mate waarin de continenten over het aardoppervlak schuiven.

Ook satellieten maken gebruik van atoomklokken. Zoheeft elke GPS-satelliet vier atoomklokken aan boord om de exacte lokatie van een GPS-ontvanger te bepalen.


Honderd maal kleiner
Nadeel is alleen dat de meeste atoomklokken groot, log en duur zijn. Zo neemt de nauwkeurigste atoomklok ter wereld een paar kubieke meter in beslag. John Kitching van het NIST (zie foto) en zijn team gingen daarom aan te slag om een miniatuurversie te ontwerpen en daarin is de wetenschapper met verve geslaagd. Zij ontwierpen een atoomklok die honderd maal kleiner is dan welke andere atoomklok dan ook.

Het hart van de mini-atoomklok omvat niet meer dan één kubieke millimeter en bevat een snufje cesiumgas. Cesium heeft een aantal nauwkeurig bekende energietoestanden en die veranderen niet in de loop der tijd. Het verschil tussen twee van die niveaus is de sleutel tot de enorme tijdnauwkeurigheid.


Grote toekomst
Het vernuftige atoomklokje haalt een nauwkeurigheid van één tien-miljardste seconde. Dat is lang niet zo precies als de nauwkeurigste atoomklok ter wereld, maar nog altijd duizend keer nauwkeuriger dan de kwartskristallen in pc’s. Volgens ontwerper Kitching kan de mini-atoomklok, die bovendien enorm zuinig is, zelfs nog nauwkeuriger gemaakt worden.

Kitching verwacht dat voor zijn uitvinding een grote toekomst is weggelegd. De mini-klok kan onder meer toegepast worden voor snellere processoren, veiliger draadloze verbindingen en nauwkeurigere afstandsmeting.
 

Atoomklok mogelijk nog nauwkeuriger
 
^{bron: planet.nl}
 
Atoomklokken vormen de meest nauwkeurige uurwerken ter wereld. De beste exemplaren hebben slechts een afwijking van één seconde in dertig miljoen jaar. Natuurkundige Alex Kuzmich denkt dat hij ze nog eens duizend keer nauwkeuriger kan maken.
Atoomklokken zijn voor de wetenschap van onmisbaar belang en worden voor talrijke doelen ingezet. Onderzoekers berekenen met atoomklokken bijvoorbeeld de omwentelingssnelheid van de aarde of de mate waarin de continenten over het aardoppervlak schuiven.

Ook satellieten maken gebruik van atoomklokken. Zoheeft elke GPS-satelliet vier atoomklokken aan boord om de exacte lokatie van een GPS-ontvanger te bepalen.


Kwantumverstrengeling
Atoomklokken danken hun extreme nauwkeurigheid door de toestandsovergang van atomen te meten. De Amerikaanse natuurkundige Alex Kuzmich van het Georgia Institute of Technology, wil de nauwkeurigheid met behulp van kwantumverstrengeling nog eens verhogen.

De professor meent dat met behulp van kwantumverstrengeling de atomen zo op elkaar worden afgesteld, dat ze gevoelig worden voor elkaars energietoestand.

In plaats van losse atomen, zou de verstrengelde atoomklok beschikken over één samenwerkende massa. Het resultaat: minder ruis in de metingen en veel efficiënter gebruik van de aanwezige atomen. Kuzmich toonde in theorie aan dat de nauwkeurigheid bij verstrengelde atomen rechtstreeks toeneemt met het aantal atomen.

Praktijk
Zijn vernuftige theorie moet echter nog in de praktijk worden getest. Kuzmich kon geen tijdsaanduiding geven wanneer de eerste verstrengelde atoomklok wordt gebouwd.

"We kunnen de atomen verstrengelen met apparatuur die al deel uitmaakt van bestaande atoomklokken. We hopen over twee tot drie jaar een verstrengelde atoomklok te kunnen presenteren," liet de professor weten.
 
Op onderstaande foto ziet men de F1-atoomklok van het National Institute of Standards and Technology.