In het laboratorium van de Universiteit van Wenen hebben natuurkundigen een prototype van een kernklok gemaakt die voor het eerst zelfstandig stabiliteit kan handhaven. Het apparaat maakt gebruik van overgangen in de kern van een thorium-229-atoom en kan volgens voorlopige schattingen de nauwkeurigheid van de beste atoomklokken overtreffen.
Atoomklokken steunen op trillingen van elektronen, die gevoelig zijn voor externe velden en temperatuur. Kernklokken daarentegen werken met overgangen binnen de kern, waar de deeltjes tegen de meeste externe invloeden beschermd zijn. Dat maakt ze potentieel duizend keer nauwkeuriger.
De belangrijkste innovatie is het zelfstabilisatiemechanisme. De wetenschappers bouwden een terugkoppeling in die de laser, die de kern aanslaat, automatisch corrigeert zodra de frequentie begint ‘weg te drijven’. Stelt u zich een slinger voor die zelf de veer bijdraait om niet uit het ritme te raken: precies zo werkt het nieuwe systeem.
Een dergelijke stabiliteit opent de weg naar nieuwe technologieën. Nauwkeurigere klokken zullen de navigatie, de synchronisatie van netwerken en de opsporing van zwaartekrachtgolven verbeteren. Ze zullen helpen de fundamentele natuurconstanten te toetsen en te zoeken naar sporen van nieuwe natuurkunde buiten het Standaardmodel.
Voorlopig werkt het prototype onder laboratoriumomstandigheden, maar over enkele jaren wordt verwacht dat de technologie naar compacte chips wordt overgebracht. Dan kunnen kernklokken verschijnen in satellieten, onderzeeboten en zelfs in alledaagse apparaten waar een uiterste nauwkeurigheid van de tijd vereist is.
De ontdekking in Wenen laat zien hoe de kwantumeigenschappen van de kern veranderen van een theoretisch idee in een werkend instrument. De volgende stap is het verifiëren van de recordnauwkeurigheid onder reële omstandigheden en het zoeken naar andere kernen die geschikt zijn voor een klok.
