Dit artikel bespreekt de ontwikkeling van atoomklokken, waarom nauwkeurigheid zo belangrijk is, hoe ze zich ontwikkelden en de volgende generatie atoomklokken die een verhoogde nauwkeurigheid bieden.

Atoomklokken zijn al meer dan vijftig jaar bij ons geweest en de meeste mensen hebben van hen gehoord en weten dat ze heel nauwkeurig zijn, maar hoe accuraat zijn ze en waarom hebben we dergelijke precieze klokken nodig?

Atoomklokken worden door veel van ons gebruikt, zelfs als we er niet van bewust zijn. De tijd dat ze vertellen, worden over de hele wereld doorgestuurd en door tijdsservers opgehaald die het protocol NTP gebruiken om netwerken te synchroniseren. Ze zijn van vitaal belang voor veel technologieën, zoals wereldwijde satellietnavigatie en TV-signaaltijden.

Voor de ontwikkeling van de atoomklok waren de meest precieze timekeeping apparaten elektronische klokken die elke week een tweede of twee zouden verliezen. Deze hadden grotendeels mechanische klokken vervangen die nog minder nauwkeurig waren.

De mensheid heeft altijd een fascinatie gehad om de tijd bij te houden, maar de precieze tijd kennen is nog nooit zo belangrijk geweest. Een verschil van een seconde of zelfs een minuut heeft geen invloed op ons dagelijks leven.

Echter, aangezien de technologie is geavanceerd, is de behoefte aan nauwkeuriger timekeeping toegenomen. Satellieten die moeten worden navigeren en communiceren met de Aarde van honderdduizenden en zelfs miljoenen kilometers weg vereist exacte timing. Licht en daarom kunnen radiogolven elke seconde 300,000 km reizen, zodat kleine onnauwkeurigheden in de tijd enorme verschillen kunnen hebben.

De eerste nauwkeurige atoomklok werd gebouwd door het Britse National Physical Laboratory in 1955 door Dr. Louis Essen, die zijn klok rond de oscillatie van het cesium -133-atoom baseerde. Het idee werd eigenlijk al in eerste instantie opgevat zo ver terug als 1879 toen Lord Kelvin voorstelde dat het bijhouden van de tijd gebaseerd op hoe atomen zich gedroegen, een betere manier zou zijn om tijdintervallen te tellen dan wat dan ook.

De eerste generatie van atoomklokken (ook bekend als cesiumoscillatoren) gebruikte de frequentie van dit atoom dat 9,192,631,770 keer per seconde oscilleert. Essen's model was tot op een seconde nauwkeurig in elke 300-jaren, maar de ontwikkelingen van de cesiumoscillator betekenen dat ze nu elke 80 miljoen jaar een nauwkeurigheid van één seconde kunnen behalen.

Maar als technologieën meer geavanceerd worden, trachten wetenschappers beter en nauwkeuriger klokken te maken. Rubidium standaard klokken bieden geen betere nauwkeurigheid dan cesium modellen, maar zijn kleiner en kosten minder (cesium oscillators zijn meestal alleen te vinden in grootschalige fysica laboratoria).

Klokken die enkel één atoom gebruiken, zijn ontwikkeld die nog meer nauwkeurigheid bieden. Een klok op basis van een enkel kwikatoom heeft nauwkeurigheden van een seconde bereikt in 400 miljoen jaar en het wordt verwacht dat een nieuw type strontiumklok die licht gebruikt, nog beter zal gaan.

De toekomst voor atoomklokken is steeds meer nauwkeurigheid gecombineerd met de afmeting van de grootte en de kosten ervan. Het Amerikaanse Nationale Instituut voor Standaarden en Technologie (NIST) heeft een atoomklok in chipgrootte onthuld die over milliseconde nauwkeurigheid beschikt.

Atoomklokken zijn nu een deel van ons leven zonder de tijdsignalen die ze doorgeven aan de wereld die worden opgehaald door NTP-servers. Moderne communicatie via internet winkelen en GPS en technologische vooruitgang zoals satellietnavigatie zou onmogelijk worden.

Dit bericht is geschreven door Richard N Williams

Richard N Williams is een technisch auteur en een specialist in de NTP-server en de tijd synchronisatie industrie. Richard N Williams op Google+