Cesiumkello pysyy ajassa. Kuva: SPL/MVPhotos
Cesiumkello pysyy ajassa. Kuva: SPL/MVPhotos

Tarkkuuden kertoo vertailu cesiumatomin energiatasoihin.

Kansainvälisessä SI-järjestelmässä ajan perusyksikkö on sekunti. Sen määritelmä perustuu cesium-133-atomin perustilan kahden energiatason väliseen taajuuteen.

Tarkimpia kelloja maailmassa ovat cesiumatomikellot, joissa atomit pidetään tyhjössä ja jäähdytetään lasereilla lähelle absoluuttista nollapistettä ennen taajuuden mittausta.

Kelloille arvioidaan epävarmuus, joka riippuu muun muassa siitä, kuinka tarkasti atomien värähtelytaajuudet pystytään määrittämään.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Vielä cesiumkellojakin pienemmät epävarmuudet on parhaissa optisissa atomikelloissa, joissa laser lukitaan kapeaan siirtymään.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Yhdysvaltojen kansallinen mittanormaalilaboratorio raportoi vuoden 2018 lopulla, että sen kahden optisen ytterbiumhilakellon epävarmuus on vain miljardisosan miljardisosa – ne ovat siis sopusoinnussa 18 numeron tarkkuudella. Mikäli tällainen kello olisi käynyt maailmankaikkeuden alusta eli 13,8 miljardia vuotta, se olisi edistänyt tai jätättänyt alle sekunnin.

Kellon absoluuttinen tarkkuus ei kuitenkaan voi olla parempi kuin cesiumkellojen 16 numeroa, jotka määrittävät nykyisen SI-sekunnin.

Tämän takia harkitaan uutta sekunnin määritelmää. Se perustuisi optiseen siirtymään. Muutos toteutuu ehkä kymmenen vuoden päästä.

Käytännössä kansallisten aikojen, kuten Suomen virallisen ajan, toteuttamisessa käytetään hieman epätarkempia atomikelloja. Maailmanlaajuisesti satoja tällaisia atomikelloja verrataan keskenään satelliittiyhteyksien, esimerkiksi gps:n avulla.

Vastaajana Thomas Lindvall,

erikoistutkija, Mittatekniikan keskus.

Julkaistu Tiede-lehdessä 2/2019.

Sisältö jatkuu mainoksen alla