Who decides how long a second is? - John Kitching

Vertaald door: Dick Stada Nagekeken door: Tahlia Flora

In 1967, researchers from around the world

In 1967 kwamen onderzoekers uit de hele wereld bij elkaar

gathered to answer a long-running scientific question—

om een langlopende wetenschappelijke vraag te beantwoorden:

just how long is a second?

hoelang is een seconde eigenlijk?

It might seem obvious at first.

Het lijkt in eerste instantie vanzelfsprekend.

A second is the tick of a clock,

Een seconde is de tik van een klok,

the swing of a pendulum, the time it takes to count to one.

de zwaai van een slinger, de tijd die nodig is om tot één te tellen.

But how precise are those measurements?

Maar hoe exact zijn die maten?

What is that length based on?

Waarop is die lengte gebaseerd?

And how can we scientifically define this fundamental unit of time?

Hoe kan je die fundamentele tijdseenheid wetenschappelijk vastleggen?

For most of human history, ancient civilizations

Al bijna zolang de mens bestaat, heeft men de tijd gemeten

measured time with unique calendars

met unieke kalenders

that tracked the steady march of the night sky.

die de gestage loop van de nachtelijke hemel volgden.

In fact, the second as we know it wasn’t introduced until the late 1500’s,

De seconde zoals wij die nu kennen, ontstond pas aan het eind van de 16e eeuw,

when the Gregorian calendar began to spread across the globe

toen de Gregoriaanse kalender zich begon te verspreiden

alongside British colonialism.

tegelijk met het Engelse kolonialisme.

The Gregorian calendar defined a day as a single revolution of the Earth

Bij de Gregoriaanse kalender was een dag

een enkele omwenteling van de aarde om zijn as.

about its axis.

Each day could be divided into 24 hours, each hour into 60 minutes,

Elke dag werd in 24 uren verdeeld, elk uur in 60 minuten,

and each minute into 60 seconds.

en elke minuut in 60 seconden.

However, when it was first defined,

Toen dat werd bedacht,

the second was more of a mathematical idea than a useful unit of time.

was een seconde eerder een wiskundig idee dan een nuttige tijdseenheid.

Measuring days and hours was sufficient for most tasks in pastoral communities.

In dagen en uren meten was op het platteland meestal voldoende.

It wasn’t until society became interconnected

Pas toen de samenleving onderling werd verbonden door snelle spoorlijnen,

through fast-moving railways that cities needed to agree on exact timekeeping.

moesten de steden hun tijd precies afstemmen.

By the 1950’s, numerous global systems required every second

Vanaf de jaren vijftig hadden ontelbare systemen seconden nodig

to be perfectly accounted for, with as much precision as possible.

om betrouwbaar en zo nauwkeurig mogelijk te zijn.

And what could be more precise than the atomic scale?

En wat zou er nou preciezer kunnen zijn dan de atomaire massa-eenheid?

As early as 1955, researchers began to develop atomic clocks,

Al in 1955 begonnen onderzoekers atoomklokken te ontwikkelen

which relied on the unchanging laws of physics

die zich baseerden op de onveranderlijke wetten van de natuurkunde

to establish a new foundation for timekeeping.

om zo een nieuwe basis te leggen voor tijdwaarneming.

An atom consists of negatively charged electrons

Een atoom heeft negatief geladen elektronen

orbiting a positively charged nucleus at a consistent frequency.

die om de positieve kern cirkelen met een vaste frequentie.

The laws of quantum mechanics keep these electrons in place,

De wetten van de kwantummechanica houden die elektronen op hun plek,

but if you expose an atom to an electromagnetic field

maar als je een atoom blootstelt aan een elektromagnetisch veld

such as light or radio waves,

zoals licht of radiogolven,

you can slightly disturb an electron’s orientation.

verstoor je de richting van de elektron een beetje.

And if you briefly tweak an electron at just the right frequency,

Als je de elektron wat aanpast tot precies de juiste frequentie,

you can create a vibration that resembles a ticking pendulum.

dan kan je hem een trilling geven die lijkt op een tikkend slingeruurwerk.

Unlike regular pendulums that quickly lose energy, electrons can tick for centuries.

Slingerklokken verliezen hun energie snel, maar elektronen tikken eeuwenlang.

To maintain consistency and make ticks easier to measure,

Om de regelmaat te houden en om de tikken makkelijker te kunnen meten,

researchers vaporize the atoms,

laten de onderzoekers de atomen verdampen,

converting them to a less interactive and volatile state.

om ze in een minder interactieve en vervliegende toestand te brengen.

But this process doesn’t slow down the atom’s remarkably fast ticking.

Door dit proces wordt het opmerkelijk snelle tikken van de atoom niet langzamer.

Some atoms can oscillate over nine billion times per second,

Sommige atomen kunnen meer dan negen miljard keer per seconde trillen,

giving atomic clocks an unparalleled resolution for measuring time.

waardoor ze atoomklokken een ongeëvenaarde vaste maat voor tijd geven.

And since every atom of a given elemental isotope is identical,

Omdat elk atoom van een bepaald element identiek is, kunnen twee onderzoekers

two researchers using the same element and the same electromagnetic wave

die hetzelfde element gebruiken en dezelfde elektromagnetische golf,

should produce perfectly consistent clocks.

perfect gelijklopende klokken maken.

But before timekeeping could go fully atomic,

Voordat tijdsbepaling helemaal met atomen kon gebeuren,

countries had to decide which atom would work best.

moesten de landen onderling beslissen met welk atoom dat het beste zou gaan.

This was the discussion in 1967,

Dat werd besproken in 1967,

at the Thirteenth General Conference of the International Committee

op de Dertiende Algemene Conferentie

van het Internationaal Comité van Gewichten en Maten.

for Weights and Measures.

There are 118 elements on the periodic table,

Het periodiek systeem kent 118 elementen,

each with their own unique properties.

met elk hun unieke eigenschappen.

For this task, the researchers were looking for several things.

Voor deze toepassing was men uit op een aantal dingen.

The element needed to have long-lived

Het element moest een lange levensduur hebben

and high frequency electron oscillation for precise, long-term timekeeping.

en hoogfrequente elektronenoscillatie voor precieze, langdurige tijdregistratie.

To easily track this oscillation,

Om deze oscillatie gemakkelijk te volgen,

it also needed to have a reliably measurable quantum spin—

moet het ook een betrouwbare, meetbare kwantumspin hebben,

meaning the orientation of the axis about which the electron rotates—

dus de richting van de assen waar de elektronen om draaien,

as well as a simple energy level structure—

evenals een simpele energieniveaustructuur,

meaning the active electrons are few and their state is simple to identify.

dus met weinig elektronen en waarvan hun staat makkelijk te bepalen is.

Finally, it needed to be easy to vaporize.

Uiteindelijk moest het ook nog makkelijk kunnen verdampen.

The winning atom? Cesium-133.

Het winnende atoom?

Cesium-133.

Cesium was already a popular element for atomic clock research,

Cesium was al een populair element voor atoomklok-onderzoek,

and by 1968, some cesium clocks were even commercially available.

en tegen 1968 waren er zelfs al atoomklokken commercieel verkrijgbaar.

All that was left was to determine how many ticks of a cesium atom

Wat restte was te bepalen

hoeveel tikken van een cesiumatoom in een seconde gaan.

were in a second.

The conference used the most precise astronomical measurement

De conferentie gebruikte de nauwkeurigste astronomische meting

of a second available at the time—

van een seconde die er toen was,

beginning with the number of days in a year and dividing down.

door eerst het aantal dagen in een jaar op te splitsen.

When compared to the atom’s ticking rate,

Vergeleken met de tiksnelheid van het atoom

the results formally defined one second

werd officieel vastgesteld dat een seconde

as exactly 9,192,631,770 ticks of a cesium-133 atom.

precies negen miljard honderdtweeënnegentig miljoen

zeshonderdeenendertigduizend zevenhonderdzeventig tikken

van een cesium-133-atoom was.

Today, atomic clocks are used all over the Earth— and beyond it.

Tegenwoordig worden atoomklokken gebruikt over de hele wereld, en daarbuiten.

From radio signal transmitters to satellites

Van radiozenders tot satellieten

for global positioning systems,

voor global positioning-systemen,

these devices have been synchronized

worden deze apparaten gesynchroniseerd

to help us maintain a globally consistent time—

om ons te helpen aan dezelfde wereldwijde tijdsaanduiding,

with precision that’s second to none.

met een ongeëvenaarde precisie.