Extreem klimaatonderzoek
Wetenschappelijk nieuws verzamelt vragen van lezers over hoe we door het veranderende klimaat van onze planeet kunnen navigeren.
Wat wil je weten over extreme hitte en hoe dit tot extreem weer kan leiden?
Terwijl atoomklokken de tijd meten op basis van elektronen die tussen energieniveaus in atomen springen, zouden nucleaire klokken de tijd meten op basis van de energieniveaus van atoomkernen. Om een atoom of atoomkern zo’n sprong te laten maken, is een bepaalde frequentie laserlicht nodig. De beweging van elektromagnetische golven en licht kan worden gebruikt om de tijd te markeren.
Nucleaire klokken zouden de tijd bijhouden met behulp van een ander element van thorium, thorium-229 genaamd. De meeste atoomkernen maken energiesprongen die te groot zijn om door een tafellaser te worden veroorzaakt. Maar thorium-229 heeft twee energieniveaus die zo dicht bij elkaar liggen dat de overgang tussen die twee niveaus als klok zou kunnen dienen.
Nu hebben onderzoekers de frequentie van het licht bepaald die nodig is om die sprong teweeg te brengen. Dat is 2.020.407.384.335 kilohertz, rapporteren Ye en collega’s op 5 september. Natuur.
Het allerbelangrijkste: meten heeft een onzekerheid van 2 kilohertz. Dat is ruim een miljoen keer nauwkeuriger dan de beste eerdere meting. En dat is meer dan een miljard keer nauwkeuriger dan die frequentie iets meer dan een jaar geleden bekend was, wat meerdere opeenvolgende ontwikkelingen benadrukt.
De verbetering was afhankelijk van een component die een frequentiekam wordt genoemd (SN: 5.10.18). De frequentiekam, een sleutelcomponent van veel atoomklokken, genereert een reeks discrete lichtfrequenties. Het gebruik van een frequentiekam met thorium-229 was voor sommige wetenschappers het belangrijkste onderzoeksdoel (SN: 4-6-21). In het nieuwe artikel vergeleken Ye en collega’s de overgang van de nucleaire klok met de overgang van de atoomklok met een bekende frequentie.
“Dit is iets dat belangrijk zal zijn als wetenschappelijke toepassing voor tests van fundamentele natuurkunde”, zegt natuurkundige Ekkehard Peik van het Nationaal Metrologisch Instituut in Braunschweig, Duitsland, die niet betrokken was bij het nieuwe onderzoek.
In de toekomst zouden dergelijke vergelijkingen kunnen worden gebruikt om te zoeken naar vreemde fysieke effecten, zoals verschuivende waarden van fundamentele constanten (SN: 2.11.16). Dit zijn cijfers waarvan wordt aangenomen dat ze – zoals de naam al doet vermoeden – eeuwig onwankelbaar zijn.