Teknologi
Ikon klokke

Tidenes mest nøyaktige klokke

2005-05-18
Det å kunne måle tid nøyaktig har spilt en anonym men sentral rolle gjennom historien og ikke minst astronomi som vitenskap. GPS er avhengig av nøyaktig tid, og synkroniseringen av signaler fra de forskjellige teleskopene i VLBA (Very Long Baseline Array) og lignende teleskopnettverk. De første atomklokkene kom på slutten av 50-tallet og var nøyaktig inntil 1 sekund på 20 000 år. Dagens atomklokker er nøyaktig inntil 1 sekund på 60 millioner år.
For å oppnå denne nøyaktigheten bruker atomklokker cesiumatomer. De ytterste elektronene i Cesium-133 hopper mellom to energinivå nøyaktig 9.192.631.770 ganger per sekund og avgir mikrobølger med nøyaktig den frekvensen. Dette ble i 1967 selve definisjonen på et sekund - tiden det tar for et cesium-133 atom å svinge 9.192.631.770 ganger.

En måte å lage mer nøyaktige klokker på er å få klokken til å "tikke raskere", sier Thomas Udem ved Max Planck Instituttet for Kvanteoptikk i Garching, Tyskland. En klokke er et instrument som måler noe som varierer periodisk. Jo kortere periode, jo mer nøyaktig klokke. Men hva "tikker" raskere enn et cesiumatom? Potensielle kandidater er Ytterbium, Kvikksølv og Strontium som svinger hele 429.228.004.229.952 ganger hvert sekund! Frem til nå har det derimot vært umulig å lage en strontiumklokke.

Atomklokker kan lages på to forskjellige måter. Enten måler man svingningene til et enkelt atom. Enkeltatomer er enkle å beskytte fra ekstern støy som elektromagnetiske felt, men det er også vanskelig å måle svingningene nøyaktig ved så høye frekvenser. En annen måte er å måle flere atomer samtidig. Her er signalet sterkere, men atomene har en tendens til å forstyrre hverandre elektromagnetisk og usikkerheten i målingene er større.

Hidetoshi Katori og kollegene hans ved Universitetet i Tokyo har funnet en elegant løsning på problemet. Katori bruker 6 laserstråler til å lage stående bølger med et strontiumatom i bølgebunn. Dette hindrer at atomene påvirker hverandre, samtidig som at man kan måle alle atomene på en gang samtidig. Den nye "optical lattice clock" (optisk gitterklokke) har en nøyaktighet på 1 til 1018, eller 1 sekund feil på 3,2 milliarder år!

Milepæler i tidsmåling gjennom historien

  • Galileo Galilei (1564-1642) telte pulsslag for å måle tiden i sine falleksperimenter
  • 1675 - Christiaan Huygens (1629-1695) var den først til å lage en pendelklokke som var nøyaktig inntil 10 sekunder på en dag. (1:8,6x103)
  • 1721 - George Graham (1674-1751) forbedret Huygens konstruksjon og klarte en nøyaktighet på 1 sekund pr. dag. (1:8,6x105)
  • 1889 - Siegmund Riefler (1847-1912), hundredels sekund pr dag (1:8,6x106)
  • 1943 - Shortts pendelklokke klarte under 0.1 sekund feil per år (1:3,2x108)
  • 1955 - Atomklokkene kom på 50-tallet og hadde en nøyaktighet på 1 sekund på 20.000 år (1:1010)
  • 1975 - Atomklokken NBS-6, 1 sekund per 300.000 år (1:9.5x1012)
  • 1993 - Atomklokken NIST-7, 1 sekund på 6 millioner år (1:2x1014)
  • 1999 - Atomklokken NIST-F1, 1 sekund på 20 millioner år (1:5.8x1015)
  • 2005 - Strontiumklokke, 1 sekund på 3,2 milliarder år (1x1018)