Contunico © ZDF Enterprises GmbH, MainzZie alle video’s bij dit artikel
Atoomklok, type klok dat gebruikmaakt van bepaalde resonantiefrequenties van atomen (meestal cesium of rubidium) om de tijd met extreme nauwkeurigheid bij te houden. De elektronische componenten van atoomklokken worden geregeld door de frequentie van de elektromagnetische microgolfstraling. Alleen wanneer deze straling op een zeer specifieke frequentie wordt gehouden, zal zij de kwantumtransitie (energieverandering) van de cesium- of rubidiumatomen induceren. In een atoomklok worden deze kwantumovergangen waargenomen en in stand gehouden in een terugkoppellus die de frequentie van de elektromagnetische straling afstemt; net als de terugkerende gebeurtenissen in andere soorten klokken, worden deze golven vervolgens geteld.
In 1967 herdefinieerde de 13e Algemene Conferentie voor maten en gewichten de seconde, de eenheid van tijd in het Internationaal Stelsel van Eenheden, in termen van de cesiumstandaard, zodat deze gelijk was aan de seconde van de Ephemeris-tijd. De conferentie definieerde de seconde als “de duur van 9.192.631.770 perioden van de straling die overeenkomt met de overgang tussen de twee hyperfijnniveaus van de grondtoestand van het cesium-133 atoom.”
Tot in de jaren negentig was de atoomklok met cesiumstraal de meest nauwkeurige standaard voor atoomtijd en -frequentie. Het principe dat aan de cesiumklok ten grondslag ligt, is dat alle atomen van cesium-133 identiek zijn en, wanneer zij energie absorberen of afgeven, straling produceren met precies dezelfde frequentie, waardoor de atomen perfecte uurwerken zijn. Sinds die tijd hebben laboratoria over de hele wereld de nauwkeurigheid van cesium-fontein-atoomklokken gestaag verbeterd. Deze klokken ontlenen hun naam aan de fonteinachtige beweging van het samenstellende cesiumgas. Het tijdbepalingsproces begint met het inbrengen van cesiumgas in een vacuümkamer en het richten van zes infrarode lasers (die loodrecht op elkaar staan) om de cesiumatomen samen te persen en af te koelen (vertragen) tot een temperatuur dicht bij het absolute nulpunt. Vervolgens worden twee verticale lasers gebruikt om de atomen ongeveer een meter omhoog te stuwen (waardoor een “fontein” ontstaat) door een met microgolven gevulde holte. De microgolffrequentie wordt zo afgesteld dat de waargenomen fluorescentie, die optreedt bij de natuurlijke resonantiefrequentie (9.192.631.770 Hz) van het cesiumatoom, maximaal is. Omdat het rondje door de microgolfholte ongeveer een seconde duurt, heeft beheersing van de microgolffrequentie geleid tot een grotere nauwkeurigheid van de tijdmeting. Van de beste cesiumfontein-atoomklokken wordt nu voorspeld dat ze in meer dan 50 miljoen jaar minder dan één seconde afwijken.
Encyclopædia Britannica, Inc.