Para ilmuwan di JILA telah mengembangkan jam atom yang sangat presisi, yang meningkatkan akurasi penunjuk waktu ke tingkat yang belum pernah terjadi sebelumnya. Inovasi ini, yang mengukur waktu menggunakan gelombang cahaya tampak, dapat mengubah navigasi, mengungkap sumber daya tersembunyi, dan menguji teori fundamental seperti relativitas umum. (Konsep artis.) Kredit: SciTechDaily.com
Para peneliti JILA telah menciptakan jam atom paling akurat yang pernah ada, menggunakan cahaya tampak untuk mengukur waktu. Terobosan ini dapat mendefinisikan ulang standar ketepatan waktu dan membuka wawasan baru dalam fisika, membantu eksplorasi ruang angkasa dan komputasi kuantum.
Dalam pencarian manusia yang tiada henti untuk mencapai kesempurnaan, para ilmuwan telah menciptakan jam atom yang melampaui semua jam sebelumnya dalam hal presisi dan ketepatanDikembangkan oleh para peneliti di JILA, sebuah lembaga gabungan dari Institut Nasional Standar dan Teknologi (NIST) dan Universitas Colorado Boulder, jam baru ini merupakan kemajuan signifikan dalam teknologi penunjuk waktu.
Dengan memungkinkan navigasi yang akurat di hamparan angkasa yang luas dan mencari partikel baru, jam ini merupakan jam terbaru yang melampaui sekadar penunjuk waktu. Dengan presisi yang lebih tinggi, penunjuk waktu generasi baru ini dapat mengungkap endapan mineral bawah tanah yang tersembunyi dan menguji teori fundamental seperti relativitas umum dengan ketelitian yang belum pernah ada sebelumnya. Bagi para arsitek jam atom, ini bukan hanya tentang membangun jam yang lebih baik; ini tentang mengungkap rahasia alam semesta dan membuka jalan bagi teknologi yang akan membentuk dunia kita untuk generasi mendatang.
Komunitas ilmiah di seluruh dunia tengah mempertimbangkan untuk mendefinisikan ulang detik, satuan waktu internasional, berdasarkan jam atom optik generasi berikutnya ini. Jam atom generasi yang ada menyinari atom dengan gelombang mikro untuk mengukur detik. Gelombang jam baru ini menyinari atom dengan gelombang cahaya tampak, yang memiliki frekuensi yang jauh lebih tinggi, untuk menghitung detik dengan lebih tepat. Dibandingkan dengan jam gelombang mikro saat ini, jam optik diharapkan memberikan akurasi yang jauh lebih tinggi untuk penunjuk waktu internasional — berpotensi hanya kehilangan satu detik setiap 30 miliar tahun.
Namun, sebelum jam atom ini dapat bekerja dengan akurasi yang tinggi, jam tersebut harus memiliki presisi yang sangat tinggi; dengan kata lain, jam tersebut harus mampu mengukur pecahan detik yang sangat kecil. Mencapai presisi dan akurasi yang tinggi dapat memiliki implikasi yang luas.
Terjebak dalam Waktu
Jam JILA yang baru menggunakan jaringan cahaya yang dikenal sebagai “kisi optik” untuk menangkap dan mengukur puluhan ribu atom secara bersamaan. Memiliki himpunan yang besar memberikan keuntungan besar dalam hal presisi. Semakin banyak atom yang diukur, semakin banyak data yang dimiliki jam untuk menghasilkan pengukuran detik yang tepat.
Gas atom strontium yang sangat dingin terperangkap dalam jaringan cahaya yang dikenal sebagai kisi optik. Atom-atom tersebut tertahan dalam lingkungan vakum ultra tinggi, yang berarti hampir tidak ada udara atau gas lain yang ada. Vakum ini membantu menjaga status kuantum atom yang rapuh. Titik merah yang Anda lihat pada gambar adalah pantulan cahaya laser yang digunakan untuk menciptakan perangkap atom. Kredit: K. Palubicki/NIST
Untuk mencapai kinerja yang memecahkan rekor baru, para peneliti JILA menggunakan “jaringan” cahaya laser yang lebih dangkal dan lembut untuk menangkap atom, dibandingkan dengan jam kisi optik sebelumnya. Hal ini secara signifikan mengurangi dua sumber kesalahan utama — efek dari cahaya laser yang menangkap atom, dan atom yang saling bertabrakan saat mereka terlalu rapat.
Para peneliti menjelaskan kemajuan mereka dalam Surat Ulasan Fisik.
Menghitung Relativitas pada Skala Terkecil
“Jam ini sangat presisi sehingga dapat mendeteksi efek-efek kecil yang diprediksi oleh teori-teori seperti relativitas umum, bahkan pada skala mikroskopis,” kata fisikawan NIST dan JILA Jun Ye. “Jam ini melampaui batas-batas yang memungkinkan dalam pencatatan waktu.”
Relativitas umum adalah teori Einstein yang menjelaskan bagaimana gravitasi disebabkan oleh pelengkungan ruang dan waktu. Salah satu prediksi utama relativitas umum adalah bahwa waktu itu sendiri dipengaruhi oleh gravitasi — semakin kuat medan gravitasi, semakin lambat waktu berlalu.
Desain jam baru ini dapat memungkinkan pendeteksian efek relativistik pada ketepatan waktu pada skala submilimeter, kira-kira setebal sehelai rambut manusia. Menaikkan atau menurunkan jam pada jarak yang sangat kecil itu sudah cukup bagi para peneliti untuk melihat perubahan kecil dalam aliran waktu yang disebabkan oleh efek gravitasi.
Kemampuan untuk mengamati efek relativitas umum pada skala mikroskopis dapat secara signifikan menjembatani kesenjangan antara alam kuantum mikroskopis dan fenomena skala besar yang dijelaskan oleh relativitas umum.
Menavigasi Ruang Angkasa dan Kemajuan Kuantum
Jam atom yang lebih akurat juga memungkinkan navigasi dan penjelajahan di luar angkasa yang lebih akurat. Saat manusia menjelajah lebih jauh ke dalam tata surya, jam harus dapat menunjukkan waktu yang akurat dalam jarak yang jauh. Bahkan kesalahan kecil dalam pencatatan waktu dapat menyebabkan kesalahan navigasi yang bertambah secara eksponensial semakin jauh Anda bepergian.
“Jika kita ingin mendaratkan pesawat ruang angkasa di Mars dengan akurasi yang sangat tinggi, kita akan membutuhkan jam yang jauh lebih presisi dibandingkan jam yang kita miliki saat ini. Bahasa Indonesia: GPS,” kata Ye. “Jam baru ini merupakan langkah besar menuju terwujudnya hal itu.”
Metode yang sama yang digunakan untuk menjebak dan mengendalikan atom juga dapat menghasilkan terobosan dalam komputasi kuantum. Komputer kuantum harus mampu memanipulasi secara tepat sifat internal atom atau molekul individual untuk melakukan komputasi. Kemajuan dalam mengendalikan dan mengukur sistem kuantum mikroskopis telah memajukan upaya ini secara signifikan.
Dengan menjelajah ke ranah mikroskopis tempat teori mekanika kuantum dan relativitas umum berpotongan, para peneliti membuka pintu ke tingkat pemahaman baru tentang hakikat dasar realitas itu sendiri. Dari skala yang sangat kecil tempat aliran waktu terdistorsi oleh gravitasi, hingga batas kosmik yang luas tempat materi gelap dan energi gelap berkuasa, ketepatan jam ini yang luar biasa menjanjikan untuk menerangi beberapa misteri terdalam alam semesta.
“Kami tengah menjelajahi batas-batas ilmu pengukuran,” kata Ye. “Ketika Anda dapat mengukur berbagai hal dengan tingkat presisi ini, Anda akan mulai melihat fenomena yang selama ini hanya dapat kami teorikan.”
Referensi: “Jam dengan Ketidakpastian Sistematis 8×10−19” oleh Alexander Aeppli, Kyungtae Kim, William Warfield, Marianna S. Safronova dan Jun Ye, 10 Juli 2024, Surat Ulasan Fisik.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.023401
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
