Eeuwenlang was een seconde gewoon een 60e deel van een minuut, een minuut een 60e van een uur, en een uur een 24e deel van een dag. De rekensom is simpel: een seconde duurt dus het 86.400e deel van een dag.

Voor dagelijks gebruik voldoet zo’n seconde prima. Een polshorloge tikt per dag 86.400 seconden weg. Een wekker en een Friese staartklok doen hetzelfde.

Maar voor de wetenschap is zo’n seconde niet precies genoeg. Zouden natuurkundigen nog met de oude definitie van een seconde werken, dan zouden satellieten na verloop van tijd ontsporen, raketten niet aankomen bij Mars en navigatiesystemen automobilisten gegarandeerd het bos in sturen.

Bovendien duurt een seconde steeds een beetje langer; de aarde draait geleidelijk aan langzamer om zijn as. Dat komt door de remmende werking van eb en vloed en door aantrekkingskracht van de maan. De seconden duren daardoor steeds iets langer. Een regelrecht drama voor de exacte wetenschap.

De Internationale commissie voor maten en gewichten (BIPM), die zetelt in Saint-­Cloud bij Parijs, riep in 1956 de gemiddelde dag van het jaar 1900 uit als officiële daglengte. Volgens deze definitie duurt de seconde 1/31.556.925,9747 deel van dat jaar. Maar deze definitie hield niet lang stand. Ook al omdat niemand wist hoe lang het jaar 1900 exact had geduurd.

Sinds 1967 heeft BIPM de seconde daarom opnieuw gedefinieerd. En wel als volgt: een seconde duurt 9.192.631.770 perioden van de straling die correspondeert met de overgang tussen de twee hyperfijnenergieniveaus van de grondtoestand van een cesium-133-atoom in rust bij een temperatuur van 0 kelvin. Hallo, bent u daar nog?

In gewone mensentaal: bij het absolute nulpunt van 0 kelvin –oftewel -273,15 graden Celsius– zijn alle atomen in rust. Kouder dan dat bestaat niet. Zelfs de kleinste trilling ontbreekt vrijwel. Het uitgangspunt is een cesium-133-atoom, een metaal dat vrijwel alleen wordt gebruikt in atoomklokken. In de grondtoestand heeft dat het laagste energieniveau. Maar na activering met laserlicht gaat het atoom een beetje infraroodlicht uitstralen met een bekende golflengte; per seconde gaat het om exact 9.192.631.770 trillingen.

Omdat de aarde steeds trager om zijn as draait, is afgesproken dat wetenschappers zo nu en dan een extra seconde toevoegen, een schrikkelseconde. Daardoor blijft de officiële tijd in de pas lopen met de draaiing van de aarde.

Afgedankt

BIPM zal de huidige definitie van de seconde in 2030 afdanken. Voor de wetenschap is die niet meer exact genoeg. Er komt een nieuwe die de seconde honderd tot duizend keer preciezer omschrijft.

„We hebben bij wijze van spreken altijd afstanden gemeten met een lang touw waarin om de meter een knoop zat. Nu stappen we over naar een meetlint waar ook de millimeters op staan”, legde de Vlaamse natuurkundige Lieven Scheire eind mei uit op de Belgische Radio 1.

De wetenschappers van de BIPM zijn momenteel op zoek naar een vervanger voor het cesium-133-atoom. Het moet er eentje worden met meer trillingen per seconde. Welk atoom dat wordt, is nog onbekend. Kandidaten zijn: aluminium-27, kwik-199, ytterbium-171, strontium-88 en nog een aantal andere elementen. In 2026 moet de keuze zijn gemaakt. Vaststaat dat het atoom trillingen van zichtbaar licht zal moeten uitstralen. In 2030 moet de nieuwe definitie van de seconde in werking treden.

Nauwkeuriger

Die nieuwe seconde lijkt wel geneuzel op de nanometer. Wie zit daar nu op te wachten? Nou, wetenschappers van het CERN in Genève bijvoorbeeld. In de deeltjesversneller LHC (Large Hadron Collider) kunnen ze met een nog preciezer omschreven seconde nog nauwkeuriger metingen gaan doen aan subatomaire deeltjes, deeltjes die nog kleiner zijn dan een atoom. Sommige van die deeltjes ontstaan en verdwijnen in fracties van seconden. Deze zijn straks wellicht beter te meten.

Bovendien zijn momenteel alle internationale basiseenheden (SI-eenheden) van afstand (meter), massa (kilogram) en de vier andere een afgeleide van de seconde. De meter is bijvoorbeeld omschreven als ”de afstand die het licht in vacuüm aflegt in een tijdsinterval van 1/299.792.458 seconde”. Ook de kilogram en andere SI-eenheden worden door de nieuwe seconde dus een heel stuk nauwkeuriger. Maar niemand hoeft om die reden de keukenweegschaal te vervangen door een nieuwe.