De natuurkunde kreeg deze maand een beetje een tikkeltje, toen wetenschappers van CERN, het Europees laboratorium voor deeltjesfysica, een anomalie ontdekten over een van hun experimenten, die leek aan te tonen dat sommige deeltjes sneller dan het licht reisten.

Sneller dan licht reizen voor elk deeltje is natuurlijk verboden volgens de speciale relativiteitstheorie van Einstein, maar het OPERA-team bij CERN, die neutrino's rond een deeltjesversneller afgevuurd, reizend voor 730 km, ontdekte dat de neutrino's de afstand aflegden 20-delen per miljoen sneller dan fotonen (lichte deeltjes), wat betekent dat ze Einstein's snelheidslimiet hebben overschreden.

Hoewel dit experiment een van de belangrijkste ontdekkingen in de natuurkunde zou kunnen blijken te zijn, blijven natuurkundigen sceptisch, wat suggereert dat een oorzaak een fout kan zijn die wordt gegenereerd door de moeilijkheden en complexiteit van het meten van zulke hoge snelheden en afstanden.

Het team van CERN heeft gebruikt GPS-tijd-servers, draagbare atoomklokken en GPS-plaatsbepalingssystemen om hun berekeningen te maken, die allemaal nauwkeurigheid in afstand tot binnen 20cm en een nauwkeurigheid van tijd tot binnen 10 nanoseconden verschaften. De faciliteit is echter ondergronds en de GPS-signalen en andere datastromen moesten naar het experiment worden bekabeld, een latentie waarvan het team overtuigd is dat ze er rekening mee houden tijdens hun berekeningen.

Natuurkundigen van andere organisaties proberen nu de experimenten te herhalen om te zien of ze dezelfde resultaten krijgen. Wat de uitkomst ook is, dit soort baanbrekend onderzoek is alleen mogelijk dankzij de nauwkeurigheid van atoomklokken die de tijd tot een miljoensten van een seconde kunnen meten.

Om een ​​computernetwerk te synchroniseren met een atoomklok hoeft u geen toegang te hebben tot een natuurkundig laboratorium zoals CERN NTP tijdservers zoals Galleons NTS 6001 ontvangt een nauwkeurige bron van atoomkloktijd en houdt alle hardware binnen een paar milliseconden op een netwerk.

De meesten van ons denken dat we weten hoe laat het is. In één oogopslag van onze polshorloges of wandklokken, we kunnen zien hoe laat het is. We denken ook dat we een redelijk goed idee hebben van de snelheidsverplaatsingen naar voren, een seconde, een minuut, een uur of een dag zijn vrij goed gedefinieerd; deze tijdseenheden zijn echter volledig door mensen gemaakt en zijn niet zo constant als we misschien denken.

Tijd is een abstract concept, terwijl we kunnen denken dat het voor iedereen hetzelfde is, de tijd wordt beïnvloed door de interactie met het universum. De zwaartekracht heeft bijvoorbeeld, zoals Einstein opmerkte, het vermogen om ruimte-tijd te vervormen en de snelheid waarmee de tijd verstrijkt te veranderen, en terwijl we allemaal op dezelfde planeet leven, onder dezelfde zwaartekracht, zijn er subtiele verschillen in de snelheid waarmee tijd verstrijkt.

Met behulp van atoomklokken kunnen wetenschappers vaststellen welk effect de zwaartekracht van de aarde heeft op tijd. De hoogte boven zeeniveau waarop een atoomklok is geplaatst, des te sneller reist de tijd. Hoewel deze verschillen klein zijn, laten deze experimenten duidelijk zien dat de postulaties van Einstein correct waren.

Atoomklokken zijn gebruikt om enkele van Einstein's andere theorieën over tijd ook te demonstreren. In zijn relativiteitstheorieën beweerde Einstein dat snelheid een andere factor is die van invloed is op de snelheid waarmee de tijd verstrijkt. Door atoomklokken te plaatsen op een baan rond ruimtevaartuigen of vliegtuigen die met snelheid reizen, verschilt de tijd gemeten door deze klokken naar klokken die statisch op aarde achterblijven, een andere indicatie dat Einstein gelijk had.

Voor atoomklokken was het onmogelijk om de tijd te meten met dergelijke nauwkeurigheidsniveaus, maar sinds hun uitvinding in de 1950's hebben niet alleen de beweringen van Einstein gelijk, maar we hebben ook enkele andere ongebruikelijke aspecten ontdekt van hoe we de tijd beschouwen.

Terwijl de meesten van ons een dag als 24-uren beschouwen, met elke dag dezelfde lengte, hebben atoomklokken aangetoond dat elke dag varieert. Voorts atoomklokken hebben ook aangetoond dat de rotatie van de aarde geleidelijk vertraagt, wat betekent dat de dagen langzaam langer worden.

Vanwege deze veranderingen in tijd, de wereldwijde tijdschaal van de wereld, heeft UTC (Coordinated Universal Time) af en toe aanpassingen nodig. Om de zes maanden of zo worden er schrikkelseconden toegevoegd om ervoor te zorgen dat UTC op dezelfde snelheid loopt als een dag op aarde, rekening houdend met de geleidelijke vertraging van de draaiing van de planeet.

Voor technologieën die een hoge mate van nauwkeurigheid vereisen, worden deze regelmatige aanpassingen van de tijd verantwoord door het tijdprotocol NTP (Network Time Protocol), zodat een computernetwerk met een NTP tijdserver wordt altijd trouw gehouden aan UTC.

De atoomklok is geen recente uitvinding. Ontwikkeld in de 1950's, biedt de traditionele cesium-gebaseerde atoomklok ons ​​nauwkeurige tijd voor een halve eeuw.

Procedure

U ontvangt een e-mail van STO Garant (info@sto-garant.nl) met informatie over het voldoen van de betaling voor uw boeking. Voor alle boekingen geldt dat het volledige boekingsbedrag voor aanvang van de boeking betaald dient te zijn aan de derdengeldenrekening. cesium-atoomklok is het fundament van onze tijd geworden - letterlijk. De Internationaal systeem van eenheden (SI) definieer een seconde als een bepaald aantal oscillaties van het atoom cesium en atoomklokken beheersen veel van de technologieën die we dagelijks gebruiken: internet, satellietnavigatie, luchtverkeersleiding en verkeerslichten om maar een naam te geven een paar.

Recente ontwikkelingen in optische quantumklokken die gebruikmaken van enkele atomen van metalen zoals aluminium of strontium, zijn duizenden malen nauwkeuriger dan traditionele atoomklokken. Om dit in perspectief te plaatsen, de beste cesium-atoomklok zoals gebruikt door instituten zoals NIST (National Institute for Standards and Time) of NPL (National Physical Laboratory) om de wereldwijde tijdschaal van de wereld te besturen. GMT (Coordinated Universal Time), is nauwkeurig tot binnen een seconde per 100 miljoen jaar. Deze nieuwe quantum-optische klokken zijn echter elke 3.4 miljard jaar nauwkeurig tot een seconde - bijna net zo lang als de aarde oud is.

Voor de meeste mensen ontvangt hun enige ontmoeting met een atoomklok zijn tijdsignaal a netwerktijdserver or NTP-apparaat (Network Time Protocol) voor het synchroniseren van apparaten en netwerken en deze atoomkloksignalen worden gegenereerd met cesiumklokken.

En totdat de wetenschappers van de wereld een enkel atoom kunnen afspreken om cesium en een enkel klokontwerp te vervangen om UTC te behouden, kan niemand van ons profiteren van deze ongelooflijke nauwkeurigheid.

Atoomklokken zijn de meest nauwkeurige chronometers die we hebben. Ze zijn miljoenen keer nauwkeuriger dan digitale klokken en kunnen honderden miljoenen jaren lang de tijd bijhouden zonder een seconde te verliezen. Hun gebruik heeft een revolutie teweeggebracht in de manier waarop we leven en werken en ze hebben technologieën mogelijk gemaakt zoals satellietnavigatiesystemen en wereldwijde online handel.

Maar hoe werken ze? Vreemd genoeg werken atoomklokken op dezelfde manier als gewone mechanische klokken. Maar in plaats van een opgerolde veer en massa of slinger gebruiken ze de oscillaties van atomen. Atoomklokken zijn niet radioactief omdat ze niet afhankelijk zijn van atoomverval, maar afhankelijk zijn van de kleine vibraties bij bepaalde energieniveaus (oscillaties) tussen de kern van een atoom en de omringende elektronen.

Wanneer het atoom microgolfenergie ontvangt op precies de juiste frequentie, verandert het de energietoestand, deze toestand is constant en onveranderlijk en de oscillaties kunnen net als de tikken van een mechanische klok worden gemeten. Echter, terwijl mechanische klokken elke seconde aankruisen, atoomklokken 'tick' meerdere miljarden keer per seconde. In het geval van cesiumatomen, het meest meestal gebruikt in atoomklokken, tikken ze op 9,192,631,770 per seconde - wat nu de officiële definitie van een seconde is.

Atoomklokken beheersen nu de gehele mondiale gemeenschap als een universele tijdschaal GMT (Coordinated Universal Time) op basis van atoomkloktijd is ontwikkeld om synchronisatie te garanderen. UTC-atoomkloksignalen kan worden ontvangen door netwerktijdservers, vaak aangeduid als NTP-servers, waarmee computernetwerken binnen enkele milliseconden van UTC kunnen worden gesynchroniseerd.

Van polshorloges tot atoomklokken en NTP-tijdservers, het begrip van tijd is cruciaal geworden voor veel moderne technologieën zoals satellietnavigatie en wereldwijde communicatie.

Van tijd tot dilatatie tot de effecten van de zwaartekracht op tijd, de tijd heeft vele vreemde en prachtige facetten die wetenschappers pas beginnen te begrijpen en te gebruiken. Hier zijn enkele interessante, rare en ongewone feiten over de tijd:

• Tijd is niet gescheiden van ruimte, tijd maakt wat Einstein vierdimensionale ruimtetijd noemde. De ruimtetijd kan worden vervormd door de zwaartekracht, wat betekent dat de tijd vertraagt ​​naarmate de invloed van de zwaartekracht groter is. Dankzij atoomklokkende tijd op aarde kan worden gemeten op elke volgende centimeter boven het aardoppervlak. Dat betekent dat de voeten van elk lichaam jonger zijn dan hun hoofd als de tijd langzamer loopt, hoe lager de grond die je krijgt.

• Tijd wordt ook beïnvloed door snelheid. De enige constante in het universum is de snelheid van het licht (in een vacuüm) die altijd hetzelfde is. Vanwege de beroemde relativiteitstheorieën van Einstein, iedereen die tegen de snelheid van het licht reist, zou een reis naar een waarnemer die duizenden jaren had geduurd, binnen enkele seconden zijn verstreken. Dit wordt tijddilatatie genoemd.

• Er is niets in de hedendaagse natuurkunde dat tijdreizen zowel vooruit als achteruit in de tijd verbiedt.

• Er zijn 86400 seconden op een dag, 600,000 in een week, meer dan 2.6 miljoen in een maand en meer dan 31 miljoen in een jaar. Als je 70-jaar oud bent, dan zul je 5.5 miljard seconden hebben meegemaakt.

• Een nanoseconde is een miljardste van een seconde of ongeveer de tijd die het duurt voordat het licht zich verplaatst om 1-voet (30 cm).

• Een dag is nooit 24 uren lang. De rotatie van de aarde versnelt geleidelijk, wat betekent dat de globale tijdschaal UTC (gecoördineerde universele tijd) een of twee keer per jaar schrikkelseconden moet hebben. Deze schrikkelseconden worden automatisch verwerkt in elke kloksynchronisatie die wordt gebruikt NTP (Network Time Protocol) zoals a dedicated NTP tijdserver.

Naar aanleiding van het succes van Deense onderzoekers die in samenwerking met NIST (National Institute for Standards and Time), die eerder dit jaar 's werelds meest nauwkeurige atoomklok onthulde; Duitse wetenschappers zijn de race ingegaan om 's werelds meest precieze uurwerk te bouwen.

Onderzoekers aan de Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Duitsland gebruiken nieuwe methoden van spectroscopie om atomaire en moleculaire systemen te onderzoeken en hopen een klok te ontwikkelen die gebaseerd is op een enkel aluminiumatoom.

bridge atoomklokken gebruikt voor satellietnavigatie (GPS), als referentie voor computernetwerken NTP-servers en de luchtverkeersleiding is van oudsher gebaseerd op het atoom cesium. De volgende generatie atoomklokken, zoals degene die door NIST wordt onthuld en waarvan wordt beweerd dat deze binnen een seconde om de miljoen jaar 300 nauwkeurig is, gebruikt de atomen van andere materialen zoals strontium waarvan wetenschappers beweren dat ze potentieel nauwkeuriger zijn dan cesium .

Onderzoekers bij PTB hebben ervoor gekozen om enkelvoudige aluminiumatomen te gebruiken en geloven dat ze op weg zijn om de meest nauwkeurige klok ooit te ontwikkelen en geloven dat er een enorm potentieel is voor een dergelijk apparaat om ons te helpen de ingewikkelder aspecten van de natuurkunde te begrijpen.

Het huidige gewas van atoomklokken maakt het mogelijk technologieën zoals satellietnavigatie, luchtverkeersleiding en netwerktijdsynchronisatie te gebruiken NTP-servers maar men gelooft dat de toenemende nauwkeurigheid van de volgende generatie atoomklokken kan worden gebruikt om enkele van de meer raadselachtige kwaliteiten van de kwantumwetenschap, zoals de snaartheorie, te onthullen.

Onderzoekers beweren dat de nieuwe klokken zo nauwkeurig zijn dat ze zelfs de kleine verschillen in zwaartekracht kunnen meten tot op elke centimeter boven zeeniveau.

Kernwapens, computers, GPS, atoomklokken en koolstof datering - er is veel meer aan atomen dan je denkt.

Sinds het begin van de twintigste eeuw is de mensheid geobsedeerd door atomen en de kleinigheden van ons universum. Een groot deel van het eerste deel van de vorige eeuw, werd de mensheid geobsedeerd door het benutten van de verborgen kracht van het atoom, onthuld door het werk van Albert Einstein en gefinaliseerd door Robert Oppenheimer.

Er was echter veel meer aan onze verkenning van het atoom dan alleen maar wapens. Het bestuderen van de atomen (kwantummechanica) heeft de basis gevormd van de meeste van onze moderne technologieën zoals computers en internet. Het staat ook in de voorhoede van chronologie - het meten van tijd.

Het atoom speelt een sleutelrol in zowel tijdwaarneming als tijdsvoorspelling. De atoomklok, die over de hele wereld wordt gebruikt door computernetwerken met NTP-servers en andere technische systemen zoals luchtverkeersleiding en satellietnavigatie.

Atoomklokken werken door het bewaken van de extreem hoge frequentie-oscillaties van individuele atomen (traditioneel cesium) die nooit veranderen bij bepaalde energietoestanden. Omdat cesiumatomen elke 9 een miljard keer resoneren en nooit de frequentie ervan veranderen, is de m zeer nauwkeurig (minder dan een seconde per 100 miljoen jaar)

Maar atomen kunnen ook worden gebruikt om niet alleen nauwkeurige en precieze tijd uit te rekenen, maar ze kunnen ook worden gebruikt bij het vaststellen van de ouderdom van objecten. Koolstofdatering is de naam die wordt gegeven aan deze methode die het natuurlijke verval van koolstofatomen meet. We zijn allemaal in de eerste plaats gemaakt van koolstof en net als andere elementen vervaagt koolstof in de loop van de tijd, waarbij de atomen energie verliezen door het uitzenden van ioniserende deeltjes en straling.

In sommige atomen zoals uranium gebeurt dit zeer snel, maar andere atomen zoals ijzer zijn zeer stabiel en vervallen zeer, zeer langzaam. Koolstof, terwijl het sneller sterft dan ijzer, is nog steeds traag om energie te verliezen, maar het energieverlies is exact in de tijd, dus door het analyseren van koolstofatomen en het meten van hun sterkte kan vrij nauwkeurig worden vastgesteld wanneer de koolstof oorspronkelijk is gevormd.

Atoomklokken hebben een enorme invloed gehad op onze moderne levens met veel van de technologieën die een revolutie teweeg hebben gebracht in de manier waarop we onze levens leiden, afhankelijk van hun uiterst precieze tijdwaardigheid.

Atoomklokken zijn heel anders dan andere chronometers; een normaal horloge of klok houdt de tijd vrij nauwkeurig, maar verliest elke dag twee of twee seconden. Een atoomklok aan de andere kant zal geen seconde verliezen in miljoenen jaren.

In feite is het eerlijk om te zeggen dat een atoomklok de tijd niet meet, maar de basis waarop we onze percepties van tijd baseren. Laat me uitleggen dat de tijd, zoals Einstein aantoonde, relatief is en de enige constante in het universum de snelheid van het licht is (hoewel een vacuüm).

Tijd meten met enige echte precisie is daarom moeilijk omdat zelfs de zwaartekracht op aarde de tijd scheef trekt en vertraagt. Het is ook bijna onmogelijk om tijd te baseren op een referentiepunt. Historisch gezien hebben we altijd de revolutie van de aarde en verwijzing naar de hemellichamen als basis gebruikt voor onze tijdvertelling (24-uren per dag = één omwenteling van de aarde, 365-dagen = één omwenteling van de aarde rond de zon enz.).

Helaas is de rotatie van de aarde geen nauwkeurig referentiekader om onze tijd te baseren. De aarde vertraagt ​​en versnelt in haar revolutie, wat betekent dat sommige dagen langer zijn dan andere.

Atoomklokken gebruikte echter de resonantie van atomen (normaal cesium) bij bepaalde energietoestanden. Aangezien deze atomen op exacte frequenties (of een exact aantal keren) trillen, kan dit worden gebruikt als basis voor het vertellen van de tijd. Dus na de ontwikkeling van de atoomklok is de tweede gedefinieerd als over 9 miljard resonantie 'teken "van het cesiumatoom.

De ultra precieze aard van atoomklokken is de basis voor technologieën zoals satellietnavigatie (GPS), luchtverkeersleiding en internethandel. Het is mogelijk om de precieze aard van atoomklokken te gebruiken om ook computernetwerken te synchroniseren. Het enige dat nodig is, is een NTP tijdserver (Network Time Protocol).
NTP-servers de tijd ontvangen van atoomklokken via een uitzendsignaal of het GPS-netwerk, dan distribueren ze het over een netwerk, waardoor alle apparaten exact dezelfde, ultra precieze tijd hebben.

Die chronologische pioniers bij NIST hebben samengewerkt met de University of Colorado en hebben 's werelds meest nauwkeurige atoomklok tot nu toe ontwikkeld. De op strontium gebaseerde klok is bijna twee keer zo nauwkeurig als de huidige cesiumklokken die worden gebruikt om te regeren GMT (Coordinated Universal Time) omdat het elke 300 miljoen jaar slechts een seconde verliest.

Strontium gebaseerd atoomklokken worden nu gezien als de weg vooruit in de tijdwaarneming omdat hogere niveaus van nauwkeurigheid haalbaar zijn die gewoon niet mogelijk zijn met het cesiumatoom. Strontium klokken, zoals hun voorgangers, werken door de natuurlijke maar zeer consistente vibratie van atomen te benutten.

Deze nieuwe generaties klokken gebruiken echter laserstralen en extreem lage temperaturen in de buurt van het absolute nulpunt om de atomen te regelen en het is te hopen dat het een stap voorwaarts is om een ​​perfect precieze klok te creëren.

Deze extreme nauwkeurigheid lijkt misschien een stap te ver en overbodig, maar de toepassingen voor dergelijke precisie zijn veelomvattend en wanneer u nadenkt over de technologieën die zijn ontwikkeld die zijn gebaseerd op de eerste generatie atoomklokken zoals GPS-navigatie, NTP-server synchronisatie en digitale uitzendingen een nieuwe wereld van opwindende technologie op basis van deze nieuwe klokken zou net om de hoek kunnen zijn.

Hoewel het wereldwijde tijdsschema van de wereld, UTC, gebaseerd is op de tijd die een constellatie van cesiumklokken vertelt (en overigens is de definitie van een seconde net iets meer dan 9 miljard cesiumtikken), wordt aangenomen dat wanneer het raadgevend comité voor Tijd en frequentie bij het Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) volgende ontmoet het zal bespreken of om deze volgende generatie van te maken atoomklokken de nieuwe standaard.

Strontiumklokken zijn echter niet de enige methode van zeer precieze tijd. Vorig jaar zorgde een quantumklok, die ook bij NIST werd ontwikkeld, voor een nauwkeurigheid van 1 seconde in 1 miljard jaar. Dit type klok kan echter niet direct worden gecontroleerd en vereist een complexer schema om de tijd te bewaken.

De meeste mensen hebben vaag gehoord van de atoomklok en veronderstellen dat ze weten wat iemand is, maar heel weinig mensen weten hoe belangrijk atoomklokken zijn voor het dagelijks leven in de eenentwintigste eeuw.

Er zijn zoveel technologieën die afhankelijk zijn van atoomklokken en zonder dat veel van de taken die we als vanzelfsprekend beschouwen onmogelijk zouden zijn. Luchtverkeersleiding, satellietnavigatie en internethandel zijn slechts enkele van de toepassingen die afhankelijk zijn van de ultra precieze chronometrie van een atoomklok.

Precies wat een atoomklok is, wordt vaak verkeerd begrepen. In eenvoudige termen is een atoomklok een apparaat dat de oscillaties van atomen in verschillende energietoestanden gebruikt om teken tussen seconden te tellen. Momenteel is cesium het geprefereerde atoom omdat het meer dan 9 miljard ticks per seconde heeft en omdat deze oscillaties nooit veranderen, is dit een zeer nauwkeurige methode om de tijd te houden.

Atoomklokken, ondanks wat veel mensen beweren, worden alleen gevonden in grootschalige natuurkundige laboratoria zoals NPL (UK National Physical Laboratory) en NIST (US National Institute of Standards and Time). Vaak suggereren mensen dat ze een atoomklok hebben die hun computernetwerk bestuurt of dat ze een atoomklok op hun muur hebben. Dit is niet waar en waar mensen naar verwijzen is dat ze een klok- of tijdserver hebben die de tijd van een atoomklok ontvangt.

Apparaten zoals de NTP tijdserver ontvangen vaak atoomkloksignalen van plaatsen zoals NIST of NPL via langegolfradio. Een andere methode om tijd van atomaire klokken te ontvangen, is het gebruik van het GPS-netwerk (Global Positioning System).

Het GPS-netwerk en satellietnavigatie zijn in feite een goed voorbeeld van waarom atomaire klok synchronisatie is hard nodig met zo'n hoge nauwkeurigheid. Moderne atoomklokken, zoals die op NIST, NPL en binnen in een baan rond GPS-satellieten, zijn tot op een seconde nauwkeurig binnen elke 100 miljoen jaar of zo. Deze nauwkeurigheid is cruciaal wanneer u onderzoekt hoe iets als een GPS-navigatiesysteem voor auto's werkt.

Een GPS-systeem werkt door triangulatie van de tijdsignalen die worden verzonden vanaf drie of meer afzonderlijke GPS-satellieten en hun ingebouwde atoomklokken. Omdat deze signalen met de snelheid van het licht reizen (bijna 100,000km per seconde) kan een onnauwkeurigheid van zelfs een hele milliseconde de navigatie-informatie met 100-kilometers overbrengen.

Deze hoge mate van nauwkeurigheid is ook vereist voor technologieën zoals luchtverkeersleiding die ervoor zorgen dat onze drukke luchten veilig blijven en zelfs cruciaal zijn voor veel internettransacties, zoals de handel in derivaten waarbij de waarde elke seconde kan stijgen en dalen.