hoe werkt een atoomklok?

Een atoomklok is een klok die als basis voor zijn tijdmeting gebruik maakt van de trillingen van atomen. De frequentie van deze trillingen is zodanig constant en onafhankelijk van de omgeving, dat de afwijking van een atoomklok veelal slechts ongeveer 1 seconde per 30 miljoen jaar bedraagt (ofwel: de onnauwkeurigheid bedraagt 10−15).
De meestgebruikte atoomklok is gebaseerd op het scheikundig element cesium. Dat is niet verwonderlijk, want de seconde is gedefinieerd aan de hand van dit element. Sommige atoomklokken gebruiken andere elementen, zoals rubidium of waterstof. Waterstofmasers hebben een hoge korte-termijnstabiliteit in vergelijking met atoomklokken die zijn gebaseerd op cesium.

De eerste atoomklok werd in 1955 ontwikkeld door de Britse natuurkundige Louis Essen van het National Physical Laboratory in Teddington (nabij Londen). De ontwikkeling van de atoomklok luidde het einde in van het gebruik van de astronomische tijd als internationale tijdschaal. De frequentie van een atoomklok op basis van cesium bleek namelijk constanter dan de rotatie van de aarde zelf.

Werking atoomklok
Met behulp van een kwartsoscillator worden radiogolven opgewekt met een frequentie dicht in de buurt van de frequentie van het atoom. Deze golven worden door de atomen geleid. Wanneer de frequentie van de radiogolf nauwkeurig overeenkomt met de frequentie van het atoom, treedt demping op van de radiogolven. Door nu de frequentie van de radiogolf in een kleine mate te moduleren, zal telkens wanneer de frequentie van het atoom wordt gekruist een dip optreden. De frequentie van de kwartsoscillator wordt nu zodanig bijgestuurd dat deze dip in het midden van de frequentiezwaai komt te liggen. De frequentie van deze kwartsoscillator is dan vergrendeld aan die van het atoom.

Toepassingen van de atoomklok
Atoomklokken worden ook toegepast in het GPS systeem, veel mensen zijn tegenwoordig afhankelijk geworden van deze vernuftige toepassing. Elk van de 24 satellieten heeft vier atoomklokken aan boord die tot op enkele nanosecondes (10-09) nauwkeurig de tijd bij houden. Deze tijd en de exacte positie van de satelliet wordt meegezonden met het GPS signaal. Uit deze gegevens en uit de looptijd van het signaal kan met vier satellieten de exacte positie in drie dimensies en de tijd van de ontvanger herleid worden