Wetenschappers hebben een nieuwe klok uitgevonden die de tijd nauwkeuriger bijhoudt dan alle voorgaande.

De klok is zo nauwkeurig dat hij in 14 miljard jaar niet meer dan één seconde wint of verliest - ongeveer de leeftijd van de kosmos. De ticking rate is zo stabiel dat deze in de loop van een enkele dag met slechts 0,0000000000000032 procent varieert.

Die mate van nauwkeurigheid is niet echt nodig voor degenen onder ons die op klokken vertrouwen om ons op tijd naar een doktersafspraak te brengen, of om te weten wanneer je af moet spreken met vrienden.

Maar de tijd bijhouden is nog maar het begin. Deze nieuwe klok is zo nauwkeurig dat hij kan worden gebruikt om donkere materie te detecteren, meet de zwaartekrachtsgolven die door het heelal rimpelen, en met ongekende precisie de exacte vorm van het zwaartekrachtveld van de aarde bepalen.

Inderdaad, deze hypernauwkeurige klokken kunnen wetenschappers helpen de mysteries van de kosmos beter te onderzoeken, aldus deskundigen.

"Het blijkt dat als je al deze cijfers van precisie hebt om een ​​meting uit te voeren, het kan je een microscoop geven op ons heelal, " zei natuurkundige Andrew Ludlow van het National Institute of Standards and Technology in Boulder, Kolonel Ludlow leidde het werk dat de nieuwe klok produceerde, die deze week in het journaal werd beschreven Natuur .

Sinds de jaren zestig, tijd is gemeten door zogenaamde atoomklokken die de natuurlijke trillingen van een cesiumatoom als slinger gebruiken. Zie het als een horloge met een wijzer die iets meer dan 9 miljard keer per seconde tikt.

De optische roosterklok die Ludlow en zijn collega's ontwikkelden, meet de veel snellere oscillaties van een ytterbium-atoom. Zijn atomaire slinger zwaait ongeveer 10, 000 keer sneller, met een snelheid van 500 biljoen keer per seconde.

"Cesium is een prachtig atoomsysteem, maar we hebben de basislimieten bereikt van hoe goed het kan zijn, " zei Ludlow. "Ytterbium kan de tijd opsplitsen in veel fijnere intervallen, het vergroten van de precisie waarmee je het kunt meten."

Optische roosterklokken bestaan ​​pas 15 jaar, en ze zijn nog in de ontwikkelingsfase, zei Ludlow. Wetenschappers blijven eraan sleutelen, bij elke nieuwe aanpassing geleidelijk hun nauwkeurigheid verhogen.

De meeste verbeteringen in de nieuwste versie zijn te danken aan een nieuw hitteschild dat de groep van Ludlow een paar jaar geleden heeft ontwikkeld. Het beschermt de ytterbiumatomen tegen de effecten van hitte en elektrische velden, die hun natuurlijke trillingen kunnen verstoren.

"We willen er zeker van zijn dat wanneer we de tikkende snelheid van het atoom meten, we meten de snelheid die Moeder Natuur het gaf, en dat het niet wordt verstoord of verschoven als gevolg van een omgevingseffect, " hij zei.

Met zoveel trillingen, de ytterbiumklok kan met ongekende precisie verschuivingen in het zwaartekrachtveld van onze planeet detecteren, Ludlow en zijn co-auteurs schreven in Nature.

Zoals Einsteins algemene relativiteitstheorie voorspelt, tijd beweegt anders, afhankelijk van waar u zich in een zwaartekrachtveld bevindt.

Een klok bovenop een hoge berg - ver van het centrum van de aarde - zal een klein beetje sneller tikken dan een klok aan de voet van diezelfde berg.

Het is geen mechanische fout. De tijd gaat eigenlijk sneller op de top van die berg.

De meeste klokken zijn niet nauwkeurig genoeg om dat uiterst subtiele verschil te registreren. Ten slotte, in 10 jaar, twee klokken die 1 zijn 000 meter van elkaar in hoogte zal slechts 31 miljoenste van een seconde afwijken.

Wetenschappers hebben al aangetoond dat het mogelijk is om verschillen in het zwaartekrachtveld van de aarde te meten door de tiksnelheid van twee optische roosterklokken op verschillende locaties te vergelijken. Echter, tot nu toe konden diezelfde zwaartekrachtkaarten net zo nauwkeurig worden gemaakt met andere, goedkopere technieken.

De nieuwe klok kan veranderingen detecteren in slechts 1 centimeter hoogte, een meting die veel nauwkeuriger is dan voorheen mogelijk was, zei Ludlow.

In aanvulling, zijn team maakt deel uit van een internationale samenwerking die hypergevoelige klokken gebruikt om donkere materie te detecteren, het mysterieuze spul waarvan wordt gedacht dat het vijf keer meer aanwezig is in het universum dan normale materie.

"Er is heel weinig bekend over donkere materie, maar de meeste theorieën voorspellen dat het zou interageren met atomen op een manier die de tikkende snelheid van onze klok zou beïnvloeden, " hij zei.

Het team experimenteert ook met het gebruik van de klokken om te zoeken naar dezelfde soorten zwaartekrachtsgolven die voor het eerst werden waargenomen met het LIGO-observatorium, bevestiging van een belangrijk aspect van Einsteins handtekeningtheorie.

Ondanks de ongelooflijke precisie van de nieuwe klok, het team heeft de limiet van zijn mogelijkheden nog niet bereikt. Er wordt al aan meer geknutseld.

"De voorstelling is als niets dat we ooit eerder hebben gezien, "Ludlow zei, "maar we hebben al enkele ideeën over hoe we dingen willen herbouwen die tot nog grotere verbeteringen kunnen leiden."

© 2018 Los Angeles Times
Gedistribueerd door Tribune Content Agency, LLC.