Ga naar hoofdinhoud

Luister Live

Programma's

Select

Podcasts

Alles begint bij luisteren

Radio 1 Sessies

album van de week

classic album van de week

ontbreekwoordenboek

Nieuwe Feiten

We hebben een nieuwe seconde nodig (de oude is versleten)

di 3 mei - 9:05

De metrologen van het Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) in de buurt van Parijs willen nog dit decennium de definitie van de seconde aanpassen. De vorige definitie dateert al van 1967 en ze is nu niet nauwkeurig genoeg meer voor doorgedreven wetenschappelijk onderzoek. De seconde wordt nu gedefinieerd als de tijd waarin de straling van een cesiumatoom zo'n 9 miljard keer trilt, dat zouden in de toekomst een biljoen of meer trillingen van een ander atoom worden.
Zandloper

In de gemeente Saint-Cloud, in de buurt van Parijs, is in het Pavillon de Breteuil een eerbiedwaardige instelling gevestigd, het Bureau International des Poids et Mesures (BIPM).

Het BIPM beheert de zeven internationale standaardeenheden voor het meten van tijd (seconde), lengte (meter), massa (kilogram), elektrische stroom (ampère), temperatuur (kelvin), lichtintensiteit (candela) en hoeveelheid van een stof (mol).

Het bewaart nog steeds de 'international prototype kilogram', de fysieke kilogram, en de standaardmeter, maar die fysieke eenheden zijn intussen vervangen door definities op basis van formules, net zoals alle andere eenheden op de mol na, overigens.

Het bureau speelt ook een belangrijke praktische rol in het handhaven van een nauwkeurige tijdsmeting wereldwijd. Het maakt een gemiddelde van de officiële atoomtijden van de lidstaten en komt zo tot de officiële Coordinated Universal Time (UTC).

En net aan die tijdsmeting wil men nu iets gaan veranderen: de oude definitie uit 1967 van een seconde, die gebaseerd is op metingen uit 1957, wil men vervangen door een nieuwe, preciezere definitie op basis van veel nauwkeurigere, zogenoemde optische atoomklokken. Tegen juni zou er een lijst moeten zijn met de criteria waaraan de nieuwe definitie van de seconde moet voldoen, in 2026 zou de nieuwe definitie rond moeten zijn en in 2030 zou ze dan officieel in voege gaan.

 

Een seconde is een afspraak

De 'oude' seconde is niet te kort of te lang, hij is perfect goed, maar niet precies genoeg, zegt Lieven Scheire in 'Nieuwe feiten'. "De nieuwe seconde zal, denk ik, honderd tot duizend keer preciezer gedefinieerd zijn dan de seconde die we nu hebben."

Een seconde is een afspraak, iets waarvan we afspreken: dit is een seconde. "Die afspraak is echter een beetje in de problemen gekomen door onze moderne technologie", zei Scheire.

"Eigenlijk zou je kunnen beginnen met te zeggen: 'wat is een dag?' Van de middag tot de middag, dat is 24 uur en dan deel je dat verder op in minuten en seconden. Je kan dus een seconde definiëren als een zoveelste deel van een volledige dag. Het probleem is dat wij, omdat onze metingen nu zodanig goed zijn, al heel lang kunnen zien dat de daglengte niet constant is. De aarde draait eigenlijk constant een beetje trager, wij worden immers afgeremd door eb en vloed en door de maan."

"Dat is heel miniem", geeft Scheire toe, "maar het gevolg zou zijn dat als je vasthoudt aan die definitie, een seconde over honderd of duizend jaar langer is dan onze seconde van nu. En dat wil je niet echt, want in de natuurkunde wil je een seconde kunnen beschouwen als de vervaltijd van een atoom."

"Er zijn heel veel natuurkundige processen die die seconde nodig hebben, zonder dat die verandert doorheen de tijd, en dus hebben ze in de jaren 50 gezegd: 'Oké, een nieuwe definitie, we gaan nu kijken naar de trillingen uit de straling die uit een cesiumatoom kan komen.' Dat ding trilt, dat heeft een frequentie van zo'n 9 miljard keer per seconde en die is, voor zover we weten, zo goed als constant over het hele universum en over de hele tijd, dus we gaan gewoon de seconde definiëren als 9 miljard en nog iets van die trillingen van de straling uit het cesiumatoom."

Van een touw met een knoop om de meter naar een lintmeter met millimeters

Een cesiumatoomklok 'tikt' dus, om precies te zijn, 9.192.631.770 keer per seconde, maar die atoomklokken zijn verouderd.

Ja inderdaad", zei Scheire, "dat is de atoomklok zoals we die nu kennen, gebouwd in de jaren 50, maar natuurlijk, die ingenieurs en die wetenschappers die doen alsmaar voort en die zijn nu al een tijdje bezig met nieuwe atoomklokken waarvan de straling, in plaats van die 9 miljard keer per seconde, 1 biljoen of meer keer per seconde zou trillen."

"Wat je dan krijgt is, bij wijze van spreken, dat we altijd afstanden gemeten hebben met een lang touw waarin om de meter een knoop zat en we nu overstappen naar een lintmeter waar ook de millimeters op staan. En daarom hebben we een nieuwe definitie nodig, want de oude definitie van 9 miljard keer per seconde is niet meer precies genoeg. De nieuwe klokken kunnen zo veel preciezer een seconde meten, dat die gebruikt gaan worden om een nieuwe definitie te maken. Dat is onze fijnere meetlat met millimetertjes erbij."   

Optische atoomklok
Het is nog niet duidelijk welke nieuwe klok gebruikt zal worden om de nieuwe definitie van de seconde op te stellen, zei Scheire, dat is immers nog volop in onderzoek.

De atoomklokken die we kennen uit de jaren 50, die worden nu routinematig, aan de lopende band geproduceerd en die zitten in satellieten, die worden gebruikt in onderzoek enzovoort, zo zei hij.

De nieuwe klokken daarentegen, daarvan zijn er nog maar enkele tientallen en dat zijn allemaal onderzoeksprojecten. De komende jaren zijn dus nodig om te kijken welke van die optische klokken, zoals ze genoemd worden, de beste zijn, welke het gemakkelijkst te produceren zijn en dan zal men waarschijnlijk de klok kiezen die als beste uit de testen komt, om te gebruiken voor de nieuwe definitie. 

Het is waarschijnlijk dat die nieuwe klok een optische atoomklok zal zijn, maar een verrassing is nooit uitgesloten. "Ze noemen die klokken optisch omdat de golflengte van die straling ligt in het optisch licht, het licht dat wij kunnen zien en de vorige in het infrarood."

"Ze hebben zichzelf nu een termijn gegeven: tegen 2026 willen ze gekozen hebben welke nieuwe klok de beste is en dan willen ze alle papierwerk tegen 2030, denk ik, af hebben om dan de nieuwe definitie in te voeren. Maar ja, misschien ontstaat er in die tijd nog wel een fantastische, nog betere klok en dan gaat alles weer omgegooid worden", zei Scheire.

Hoger geplaatste klok loopt iets sneller

De nauwkeurige definitie van de seconde is van belang voor bijvoorbeeld experimenten in de Large Hadron Collider van het CERN.

"Wel, daar word ik dus enthousiast van", zei Scheire, "het feit dat wij de seconde nodig hebben met een precisie groter dan een tien miljardste, wil ook zeggen dat wij daarmee heel boeiende wetenschap aan het bedrijven zijn. Want eens je met die tijdspannen zit, zit je aan kwantummechanische effecten, subatomaire effecten..."

"In het CERN bijvoorbeeld zijn er deeltjes die daar ontstaan en onmiddellijk verdwijnen, die korter dan een miljardste van een seconde bestaan. Dus die wil je nog preciezer kunnen meten."

Wat Scheire ook wonderlijk vond, is dat men een onderzoek aan het uitvoeren was met meerdere optische atoomklokken en dat men op een bepaald moment een probleem had. Men probeerde die klokken namelijk gelijk te laten lopen en dat lukte niet, er zat een heel klein verschil op.

"Ze hebben dat heel lang onderzocht en uiteindelijk zijn ze er achter gekomen dat het kwam omdat één klok enkele centimeters hoger stond dan de andere. En door de verminderde zwaartekracht door enkele centimeter hoger te staan, zag je een verschil in de tijd, door de relativiteit, hoe groter de zwaartekracht, hoe trager de tijd. Die nieuwe optische atoomklok kan tot op een paar centimeter meten hoe hoog ze staat."

De nieuwe definitie van de seconde en de nauwkeurigere optische atoomklokken zouden overigens ook kunnen helpen bij het onderzoek naar donkere materie en zwaartekrachtgolven, en bij het zoeken naar een antwoord op vragen zoals of de snelheid van het licht verandert naarmate het universum ouder wordt en of de lading van een elektron verandert in de loop van de tijd.

Bron: vrtnws.be en 'Nieuwe Feiten'

Lees ook:

Blijf op de hoogte

Ontdek de beste podcasttips, beluister het meest recente nieuws en doe mee aan exclusieve acties.

Volg ons op
Schrijf je in voor onze nieuwsbrief

Jobs

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Heb je een vraag?

Contact

Wedstrijdreglement

Logo UitInVlaanderenLogo Cim Internet