Naarmate de zomertijd nadert, ziet u veel herinneringen om uw klokken een uur vooruit te schuiven, net voordat u zaterdagavond gaat slapen. Dit zette ons aan het denken aan de klokken die zichzelf zetten. Deze radiogestuurde klokken zijn alom verkrijgbaar voor slechts $ 10 of $ 15 en worden steeds populairder, omdat ze zich automatisch aanpassen aan tijdverschuivingen en vrijwel overal in de continentale Verenigde Staten werken. Misschien heb je er al een. Maar je weet misschien niet hoe ze werken.
gerelateerde inhoud
- Kan geluid een 350 jaar oud klokmysterie verklaren?
Het low-tech uiterlijk van deze klok verbergt een uitgebreid systeem om het precies af te stemmen op wat het National Institute of Standards and Technology de officiële tijd beschouwt: een klok gekalibreerd door de beweging van een groep cesiumatomen in Boulder, Colorado. Gehuisvest in het Physical Measurement Laboratory van het NIST, dit is de officiële atoomklok en het houdt tijd over voor het hele land.
Het geavanceerde apparaat - bekend als NIST-F1 - is het nieuwste in een reeks van high-tech atoomklokken en werd officieel aangenomen als de Amerikaanse tijdstandaard in 1999. De nauwkeurigheid van NIST-F1 verbetert continu en vanaf 2010 verbeteren wetenschappers berekend dat de onzekerheid zo is teruggebracht dat het in de loop van 100 miljoen jaar geen seconde zal winnen of verliezen.
Deze mate van nauwkeurigheid wordt bereikt door een complexe technologische opstelling. In 1967 definieerde het International Bureau of Weights and Measures officieel een enkele seconde als de tijd die een enkel cesiumatoom nodig heeft om een bepaald aantal keren over te schakelen tussen energieniveaus, dat wil zeggen de natuurlijke resonantiefrequentie van cesium. NIST-F1 staat bekend als een cesiumfontein-atoomklok omdat het een fonteinachtige reeks lasers gebruikt om cesiumatomen te manipuleren en deze frequentie zo nauwkeurig mogelijk te detecteren.
In het apparaat zijn zes krachtige lasers gericht op een gas dat cesiumatomen bevat, waardoor hun beweging wordt vertraagd en ze worden afgekoeld tot temperaturen die slechts een miljoenste van een graad boven absoluut nul liggen. Vervolgens duwt een paar verticale lasers de geklonterde bal van cesiumatomen ongeveer een meter omhoog in de holte, die is gevuld met microgolfstraling. Terwijl het naar beneden drijft, wordt een andere laser op de atomen gericht en detecteert hoeveel door de microgolven werden veranderd. Wetenschappers kalibreren de microgolffrequentie om het aantal aangetaste atomen te maximaliseren.
De NIST gebruikt deze maat voor de resonantiefrequentie van cesium als de officiële seconde voor de Amerikaanse primaire tijdstandaard. Maar hoe komt het bij uw radiogestuurde klok? De officiële tijdstandaard wordt verzonden naar WWVB, het kortegolfradiostation van NIST in Fort Collins, Colorado. Eén keer per minuut gebruikt WWVB vijf antennes om een digitale code uit te zenden die de officiële tijd - inclusief het jaar, de datum, het uur, de minuut en of de zomertijd van kracht is - in het hele land uitzendt.
De meeste radiogestuurde klokken zijn geprogrammeerd om dit signaal eenmaal per dag met ingebouwde ontvangers te ontvangen en hun tijd dienovereenkomstig te kalibreren. Experts zeggen dat uw radiogestuurde klok het beste zal werken wanneer u zich in de buurt van een raam bevindt tegenover de bron van de uitzending, Fort Collins. Veel andere landen hebben hun eigen officiële tijduitzendingen, gebaseerd op andere atoomklokken.
Een klok die 100 miljoen jaar nauwkeurig blijft, is best goed, toch? Niet voor NIST. In 2010 kondigden zij vooruitgang aan bij het ontwikkelen van een nieuwe "kwantumlogische klok", die de tijd op basis van een enkel atoom aluminium houdt. De nieuwe klok wint of verliest geen seconde meer dan 3, 7 miljard jaar, aldus de onderzoekers, waardoor hij de titel krijgt van 's werelds meest nauwkeurige klok.
Dus als je klok dit jaar automatisch een uur vooruit springt om zondag om 2 uur, onthoud dan dat een ingewikkelde opstelling van lasers en atomen duizenden kilometers verderop de reden is. We hebben zeker een lange weg afgelegd van het kijken naar zonnewijzers en opwindende horloges.
