Onderzoekers van de University of Science and Technology van China hebben een grote doorbraak bereikt in de optische kloktechnologie, door een strontium optische roosterklok te ontwikkelen met stabiliteit en onzekerheid die beide het 10⁻¹⁹-niveau overschrijden, wat betekent dat de klok minder dan één seconde zou verliezen of winnen over ongeveer 30 miljard jaar.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Metrologia.

Optische klokken worden beschouwd als de meest precieze tijdmeetapparaten die momenteel beschikbaar zijn. Ze meten tijd door gebruik te maken van de frequentie van het licht dat wordt uitgezonden wanneer elektronen tussen energieniveaus in atomen overgaan.

Naast tijdmeting kunnen optische klokken zeer nauwkeurige tijdreferenties bieden voor moderne technologieën zoals satellietnavigatie, telecommunicatie en precisiemetingen. Ze bieden ook nieuwe experimentele platforms voor het testen van fundamentele fysica, waaronder de algemene relativiteitstheorie, evenals voor de detectie van zwaartekrachtsgolven en donkere materie.

Het bereiken van zowel stabiliteit als onzekerheid op het 10⁻¹⁹-niveau opent de deur naar een reeks grenstoepassingen. Deze omvatten millimetermetingen van zwaartekrachtpotentiaal en hoogte, die kunnen helpen bij het monitoren van korstdeformatie, grondwaterveranderingen en vulkanische activiteit, evenals het verbeteren van geoïde kaartlegging voor rampenpreventie en hulpbronnenonderzoek.

De technologie zou ook nieuwe benaderingen mogelijk kunnen maken om donkere materie te detecteren door tijdelijke laagfrequente signalen op te vangen die mogelijk worden veroorzaakt door interacties met donkere materie.

Voorheen werkten de meeste optische klokken wereldwijd met een gecombineerde stabiliteit en onzekerheid op het niveau van 10⁻¹⁸. Slechts enkele toonaangevende instellingen, zoals het National Institute of Standards and Technology in de Verenigde Staten en de Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Duitsland, hadden dit niveau van precisie bereikt.

De nieuwe prestatie biedt een haalbaar technologisch pad voor de ontwikkeling van draagbare en ruimtegebaseerde optische klokken. Onderzoekers zeggen dat het toekomstige toepassingen kan ondersteunen, waaronder tests van fundamentele natuurwetten, satellietnavigatiesystemen van de volgende generatie en de vaststelling van een uniforme ultraprecieze wereldwijde tijdstandaard.