Atomklockor kan definiera om sekunden

Amerikanska forskare har jämfört tre atomur av olika typer med arton decimalers noggrannhet. Klocknätverket banar väg för nya typer av experiment, och kanske med tiden en ny definition av enheten sekund.

Publicerad
Väggklockor med pendel får sekundvisaren att gå i rätt takt med hjälp av en pendels regelbundna rörelser. I ett atomur hålls takten i stället med hjälp av svängningarna från ljuset som sänds ut vid en viss elektronövergång i en atom.
Bild: Luis Martinez/Getty

Atomur är extremt viktiga både för många typer av precisionsmätningar och för samordningen av internationell atomtid för jordens tidräkning. Dessa klockor håller takten med hjälp av frekvensen på ljuset som sänds ut när en elektron hoppar mellan två utvalda energinivåer i en atom.

Vid ett experiment i Boulder, USA, har forskare nu lyckats koppla ihop tre atomur baserade på olika typer av atomer, och jämföra dem med varandra över flera månaders tid. Resultatet blev en jämförelse med arton decimalers noggrannhet.

– Det man ville göra i det här experimentet var att jämföra hur stabila de är mot varandra, säger Martin Zelan, senior forskare vid Riksmätplatsen på forskningsinstituet Rise.

Olika typer av atomur ingick

Mätningen är imponerande i sig, men det är sammankopplingen och jämförelsen som är det nya.

Det finns olika typer av atomur, med olika för- och nackdelar. I experimentet ingick klockor med atomer av aluminium, strontium och ytterbium. De kopplades ihop med en flera kilometer lång optisk fiber, men också med signaler som skickades en och en halv kilometer genom fria luften.

Tekniken kan till exempel vara en nyckel till att göra noggranna mätningar av höjdskillnader på jorden. Genom en effekt som kallas för gravitationell rödförskjutning kommer klockor på olika höjd i jordens gravitationsfält att gå olika fort. Med den typ av noggrannhet som den nya mätningen demonstrerar går det att mäta höjdskillnader på någon centimeter.

F&F Evenemang:

En kväll om livet efter digitaliseringen

En tankeväckande och lärorik kväll med teknikhistorikern Nina Wormbs, sociologen Malin Åkerström, filosofen Hans Ruin och litteraturvetaren Jesper Olsson. 25 januari på Playhouse Teater i Stockholm.

Läs mer och boka

Mäts med frekvenskam

De testade atomuren har övergångar med frekvenser som motsvarar synligt ljus, till skillnad från de vanligaste atomuren där övergången ger mikrovågor. De snabbare svängningarna i de optiska frekvenserna mäts med laser och en teknik som kallas frekvenskam, vilket är svårare än mikrovågsmätningar men kan ge hundra gånger högre noggrannhet. Dessa mätningar kan bana väg för en ny definition av sekunden, som nu bygger på svängningar i en mikrovågsövergång i cesiumatomer. För att jämföra cesiumklockor över hela jorden med varandra används bland annat gps.

– Men de här optiska atomuren är för bra för gps, säger Martin Zelan.

Om cesiumklockorna och den nuvarande definitionen av sekunden ska kunna ersättas behövs alltså en ny typ av infrastruktur.

Publicerad

Upptäck F&F:s arkiv!

Se alla utgåvor