Hur en vanlig atomklocka fungerar
Innan vi kommer till rekordet behöver vi förstå utgångspunkten.
En klassisk atomklocka mäter inte tid med ett pendel eller ett kvartskristall. Den mäter hur ofta en cesiumatom oscillerar, det vill säga hur snabbt den hoppar fram och tillbaka mellan två energitillstånd när den träffas av mikrovågor med exakt rätt frekvens. Cesiumatomen gör det exakt 9 192 631 770 gånger per sekund. Sedan 1967 är det här den officiella definitionen av en sekund.
Det låter precist. Det är precist. En modern cesiumklocka tappar ungefär en sekund på 300 miljoner år.
Men det räcker inte längre.
Synligt ljus tickar 100 000 gånger snabbare
Det senaste steget kallas optiskt atomur, och principen är enkel i teorin: i stället för att använda mikrovågor som "tickar" använder man synligt ljus. Synligt ljus oscillerar med ungefär 700 biljoner svängningar per sekund, vilket är 100 000 gånger snabbare än mikrovågor. Ju fler tick per sekund, desto finare kan du dela upp en sekund, och desto noggrannare kan du mäta tid.
Det tekniska problemet är att ingen elektronik kan räkna 700 biljoner svängningar per sekund. Lösningen uppfanns 1999: frekvensskammen, en laserbaserad "linjal för ljus" som översätter ljusets frekvens till något som elektronik kan hantera. Uppfinnarna fick nobelpriset i fysik 2005.
Resultatet blev klockor av en annan dignitet.
Strontium, aluminium och fällor av ljus
Forskargruppen vid JILA, ett samarbete mellan NIST och University of Colorado, använder strontiumatomer. De kyler ner atomerna till nästan absoluta nollpunkten och fångar dem i ett optiskt gitter, ett nät av korsande laserstrålar som håller tiotusentals atomer på plats. Den klockan, presenterad 2024, har ett fel på ungefär en sekund per 40 miljarder år.
NIST:s forskargrupp tog sedan ytterligare ett steg. I juli 2025 presenterade de ett ur baserat på en enda aluminiumjon, hållen på plats med elektriska fält och manipulerad med kvantdatortekniker. Det uret mäter tid med 19 decimalers noggrannhet, 41 procent exaktare än det föregående rekordet.
Universum är 13,8 miljarder år gammalt. Uret hade inte hunnit fel en enda sekund om det hade startat vid Big Bang.
Tid går olika fort beroende på var du är
Här börjar det bli filosofiskt intressant.
Einsteins allmänna relativitetsteori förutsäger att tid inte flödar lika fort överallt. Ju starkare gravitationsfältet är, desto långsammare tickar tiden. Det är inte en tankelek, det är mätbar verklighet. Och de optiska urens precision är nu hög nog att mäta det i vardagliga skalor.
Forskargruppen vid JILA visade att de kunde mäta tidsskillnaden inom ett enda moln av strontiumatomer, bara en millimeter i höjd. Atomerna längst upp i molnet tickar snabbare än de längst ner, precis som Einstein förutsade.
GPS-satelliter svävar 20 000 kilometer upp. Gravitationen är svagare där, och klockornas tidsskillnad mot marken uppgår till 38 mikrosekunder per dag. Om ingen korrigering gjordes skulle GPS-systemet driva med flera kilometer per dag och bli värdelöst.
Einsteins teori är inte akademisk, den är inbyggd i din telefons GPS.
Vad ska vi med ännu noggrannare klockor?
Det finns flera svar.
Det ena är praktiskt. Framtida GPS-system, djuprymdsnavigering och synkronisering av globala finanssystem och telekommunikationsnät kräver mer precis tid än vad cesiumklockor kan ge. Nästa generation atomur kan förbättra GPS-noggrannheten med en storleksordning.
Det andra svaret är mer grundläggande. Fysiker hoppas kunna använda exakta klockor som mätinstrument för att undersöka saker vi ännu inte förstår: om universums grundläggande konstanter verkligen är konstanta, hur mörk materia påverkar rumstidens struktur, och var Einsteins teori kolliderar med kvantmekaniken. Ingen vet exakt var den gränsen går. Det är i det gränslandet de exakta klockorna behövs.
Det tredje svaret är att den officiella definitionen av en sekund troligen kommer att skrivas om. Sedan 1967 definieras en sekund med cesiumatomen. Nu arbetar den internationella mätorganisationen BIPM aktivt med att byta till optiska standarder. Nästa definition av hur lång en sekund är, den definition som all annan mätteknik vilar på, kommer förmodligen att bygga på strontium eller aluminium, inte cesium.
Vad en sekund är, på den djupaste möjliga nivån, håller på att omdefinieras. Och de klockor som gör det möjligt är noggrannare än universum är gammalt.
Källor
- Aeppli, A., Kim, K., Warfield, W., Safronova, M. S. & Ye, J. (2024). Strontium optical lattice clock with precision beyond the blue sky limit. Physical Review Letters. - NIST (2025). NIST Ion Clock Sets New Record for Most Accurate Clock in the World. nist.gov - NIST (2024). World's Most Accurate and Precise Atomic Clock Pushes New Frontiers in Physics. nist.gov - Will, C. M. (2014). The Confrontation between General Relativity and Experiment. Living Reviews in Relativity.
Vad tyckte du om artikeln?
