VTT Mikesin laboratoriossa Espoossa raksuttaa yksi maailman tarkimmista optisista atomikelloista. Laite osoittaa, että SI-järjestelmän täsmällisin mittayksikkö sekunti vaatii uudistamista.

Sekunnin kesto ei ole muuttumassa, mutta sen tarkka määritelmä edellyttää päivittämistä.

”Syynä ovat uudet, entistä tarkemmat optiset atomikellot, jollainen myös VTT:llä on”, kertoo VTT Mikesin johtaja Martti Heinonen tiedotteessa.

Kaikki kansainvälisen SI-mittajärjestelmän yksiköt moolia lukuun ottamatta nojaavat sekunnin määritelmään.

Esimerkiksi metrin pituus perustuu matkaan, jonka valo kulkee tyhjiössä sekunnin miljardisosien aikana.

Yhteensä 17 valtiota allekirjoitti metrisopimuksen 20. toukokuuta vuonna 1875. Allekirjoituspäivänä vietetään joka vuosi maailman metrologian eli mittajärjestelmien päivää.

Uudesta sekunnista sata kertaa nykyistä tarkempi

Optiset atomikellot syntyivät 2000-luvulla tehtyjen teknisten läpimurtojen tuloksena.

”Optinen taajuuskampa, joka sai fysiikan Nobelin palkinnon vuonna 2005, mahdollistaa optisten taajuuksien mittaamisen helposti ja käytännössä virheittä”, kertoo VTT Mikesin erikoistutkija Anders Wallin.

Nykyään osataan myös tehdä äärimmäisen vakaita laserlähteitä, joiden viivanleveys on alle yhden hertsin.

”Näiden ansiosta voimme rakentaa niin sanottuun optiseen siirtymään perustuvia atomikelloja, jotka ovat sata kertaa tarkempia kuin cesiumatomin mikroaaltosiirtymään perustuvat laitteet.”

Kaksi desimaalia lisää

Parhaat cesiumatomikellot mittaavat SI-sekunnin noin 16 desimaalin tarkkuudella.

Uudelleenmäärittelyn jälkeen optisilla atomikelloilla voidaan realisoida sekunti 18 desimaalin tarkkuudella. Kellon virhe on tuolloin muutaman pikosekunnin verran kuukaudessa.

Sekunnin määritelmä on perustut cesiumatomilla toteutettuun kelloon vuodesta 1967. Sitä ennen määritelmät olivat tähtitieteellisiä.

Uuden optiseen atomikelloon perustuvan määritelmän on arvioitu astuvan voimaan vuonna 2034.