Chinese superklok wijkt 1 seconde af over 30 miljard jaar 

In Beijing is een optische klok ontwikkeld die in 30 miljard jaar slechts één seconde afwijkt. Dat is niet alleen een wetenschappelijke doorbraak. China neemt hiermee een voorsprong in technologie en onafhankelijkheid.

De grens van meetbaarheid verlegd

De huidige seconde (1967) is gebaseerd op cesiumatomen. Die trillen ruim negen miljard keer per seconde. Strontiumatomen gaan veel sneller: zo’n zevenhonderd biljoen keer per seconde. Hoe sneller de trilling, hoe preciezer de klok.

Optische klokken kijken naar het licht dat de elektronen van strontium uitzenden bij het trillen. Zo kunnen ze de tijd nog veel preciezer bijhouden dan de gewone cesiumklokken. Met deze techniek bouwden de onderzoekers in Beijing een klok met een extreem lage onzekerheid, een hoge stabiliteit en nauwkeurigheid. 

De race om de nieuwe seconde

Het BIMP (Internationale Bureau van Gewichten en Maten) is een organisatie coördineert wereldwijde meetsystemen. Het werkt samen met nationale metrologie-instituten om te zorgen dat metingen vergelijkbaar zijn en internationaal erkend worden voor wetenschap, industrie en dagelijks gebruik.

Elke vier jaar wordt er een bijeenkomst gehouden door De Generale Conferentie voor Gewichten en Maten (CGPM) waarbij keuzes worden gemaakt over definities die te maken hebben met gewichten en maten. De volgende is in oktober van dit jaar, maar volgens ScienceAlert heeft China nog niet genoeg vooruitgang geboekt om bij de komende bijeenkomst een nieuwe definitie van een seconde op zijn naam te schrijven. 

ScienceAlert geeft aan dat als China met minstens drie optische klokken de seconde net zo precies kan meten, tot op 18 decimalen achter de komma, de definitie van een seconde gebaseerd kan worden op de trillingen van de elektronen in strontium. Twee andere strontiumklokken en twee aluminiumklokken ter wereld haalden deze mijlpaal al eerder.

Meten in de ruimte

Met metingen gemaakt in de ruimte kunnen bijvoorbeeld navigatie, aardoppervlakte, zwaartekrachtgolven en donkere materie worden bepaald. Optische klokken zouden deze metingen accurater kunnen maken. 

Maar, omdat optische klokken nog groot, zwaar en kwetsbaar zijn, kunnen ze nog niet op satellieten geplaatst worden. Ruimtevaart vraagt juist om compacte en robuuste systemen. Om aan specifieke eisen te voldoen ontwikkelt China optische klokken die ook in de ruimte gebruikt kunnen worden in de toekomst. 

Ook het Nederlandse instituut SRON werkt dagelijks met beperkingen en eisen van ruimtevaarttechnologie. Optische klokken hebben sterke koelsystemen nodig om atomen bijna tot het absolute nulpunt te brengen. Aan een manier om de koelsystemen en uiteindelijk de optische klokken ruimtevriendelijk te maken wordt door het Nederlands Instituut voor Ruimte Onderzoek gewerkt. 

Gevolgen voor Europa

De impact op economie en autonomie is groot. Zo draait onze infrastructuur op extreem nauwkeurige tijd. Denk bijvoorbeeld aan flitshandel en navigatie. Europa werkt aan eigen optische klokken, onder meer via het iqClock-consortium. Onderzoekers in Amsterdam leveren hier een belangrijke bijdrage aan. Zij ontwikkelden een continue bron van ultrakoude strontiumatomen. Dit is cruciaal als onderzoekers de klokken willen gebruiken in de ruimte. Momenteel is het gebruik van de klokken in de ruimte nog niet mogelijk. 

Toch is de Chinese voorsprong een risico voor Europa. Als China de standaard bepaalt, kan Europa afhankelijk worden van buitenlandse technologie. Door geopolitieke spanningen is dat onwenselijk. Daarom is investeren in eigen technologie nodig om controle te houden over infrastructuur en data.

Tijd als geopolitiek wapen

Volgens sinoloog Ardi Bouwers in een interview met de Atlantische Commissie is tijdmeting een geopolitiek instrument geworden. China wil minder afhankelijk zijn van het Westen en zelf standaarden bepalen. De strontiumklok past in die strategie.

De ontwikkeling gaat verder. Nieuwe typen klokken, zoals nucleaire klokken, worden momenteel ook onderzocht.