Jam nuklir mungkin mengalahkan jam atom sebagai penunjuk waktu paling presisi precise

Permainan besar Pengeluaran SGP 2020 – 2021.

Jam nuklir bisa menjadi KAMBING: Terbesar dari semua penunjuk waktu.

Jika fisikawan dapat membangunnya, jam nuklir akan menjadi jenis jam yang benar-benar baru, jam yang akan menjaga waktu berdasarkan fisika jantung atom. Jam paling tepat saat ini, yang disebut jam atom, bergantung pada perilaku elektron atom. Tapi jam berdasarkan inti atom bisa mencapai 10 kali presisi jam atom itu, para peneliti memperkirakan.

Jam yang lebih baik dapat meningkatkan teknologi yang bergantung padanya, seperti navigasi GPS, fisikawan Peter Thirolf mengatakan pada 3 Juni dalam pertemuan online American Physical Society Division of Atomic, Molecular and Optical Physics. Tapi “ini bukan hanya tentang ketepatan waktu.” Tidak seperti elektron atom, inti atom tunduk pada gaya nuklir kuat, yang menahan proton dan neutron bersama-sama. “Jam nuklir melihat bagian dunia yang berbeda,” kata Thirolf, dari Ludwig-Maximilians-Universität München di Jerman. Itu berarti jam nuklir dapat memungkinkan pengujian baru ide-ide fundamental dalam fisika, termasuk apakah angka-angka yang dianggap tidak dapat diubah dalam fisika yang dikenal sebagai konstanta fundamental, pada kenyataannya, konstan.

Jam atom menghitung waktu menggunakan lompatan energi elektron atom. Menurut fisika kuantum, elektron dalam atom hanya dapat membawa sejumlah energi tertentu, dalam tingkat energi tertentu. Untuk menabrak elektron dalam atom dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya, atom jam atom harus dipukul dengan sinar laser dengan frekuensi yang tepat. Frekuensi itu — laju osilasi gelombang elektromagnetik cahaya — berfungsi sebagai pencatat waktu yang sangat tepat.

Seperti elektron dalam atom, proton dan neutron dalam inti atom juga menempati tingkat energi diskrit. Jam nuklir akan didasarkan pada lompatan antara tingkat energi nuklir tersebut, bukan pada elektron. Khususnya, inti tahan terhadap efek medan listrik atau magnet liar yang dapat menghambat jam atom. Hasilnya, jam nuklir “akan lebih stabil dan lebih akurat,” kata fisikawan teoretis Adriana Pálffy dari Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg di Jerman.

Tapi ada masalah. Untuk menghitung waktu dengan inti, para ilmuwan harus mampu memulai lompatan antara tingkat energi nuklir dengan laser. “Tingkat nuklir biasanya tidak dapat diakses dengan laser,” kata fisikawan teoretis Marianna Safronova dari University of Delaware dalam pembicaraan 2 Juni di pertemuan tersebut. Untuk sebagian besar inti, itu akan membutuhkan cahaya dengan energi lebih tinggi daripada yang dapat dicapai oleh laser yang sesuai. Untungnya, ada satu pengecualian di semua inti yang diketahui, kata Safronova, “hal yang aneh.” Berbagai thorium yang disebut thorium-229 memiliki sepasang tingkat energi yang cukup dekat dalam energi sehingga laser berpotensi memicu lompatan.

Pengukuran terbaru telah lebih tepat menunjukkan energi lompatan itu, langkah penting menuju pembangunan jam nuklir thorium. Thirolf dan rekan memperkirakan energi dengan mengukur elektron yang dipancarkan ketika nukleus melompat di antara dua tingkat, seperti yang dilaporkan dalam Alam pada tahun 2019. Dan dalam makalah tahun 2020 di Surat Tinjauan Fisik, fisikawan Andreas Fleischmann dan rekan mengukur lompatan energi lain yang dapat dibuat oleh inti thorium, menguranginya untuk menyimpulkan energi lompatan jam nuklir.

gambar mikroskop detektor
Serangkaian detektor yang sangat sensitif (ditunjukkan dalam gambar mikroskop elektron pemindaian warna palsu) mengukur energi cahaya yang dipancarkan ketika atom thorium-229 melompat di antara tingkat energi. Pengukuran tersebut memungkinkan Andreas Fleischmann dan rekan untuk memperkirakan energi lompatan yang ingin digunakan oleh fisikawan untuk membuat jam nuklir.Matthuus Krantz

Tim setuju bahwa lompatan energinya hanya lebih dari 8 elektron volt. Energi itu sesuai dengan sinar ultraviolet dalam kisaran yang memungkinkan terjadinya lompatan dengan laser, tetapi berada di ujung kemampuan para ilmuwan.

Sekarang fisikawan mengetahui ukuran lompatan energi, mereka bertujuan untuk memicunya dengan laser. Pada pertemuan tersebut, fisikawan Chuankun Zhang dari lembaga penelitian JILA di Boulder, Colo., melaporkan upaya untuk menggunakan sisir frekuensi (SN: 10/5/18) — metode untuk membuat larik frekuensi diskrit sinar laser — untuk memulai lompatan dan mengukur energinya dengan lebih baik. “Kalau sukses, kita bisa langsung membangun jam optik berbasis nuklir dari itu,” katanya dalam pertemuan itu. Tim Thirolf juga bekerja dengan sisir frekuensi, bertujuan untuk jam nuklir bekerja dalam lima tahun ke depan.

Sementara itu, Pálffy sedang mempertimbangkan untuk menggunakan apa yang disebut “jembatan elektronik”. Daripada menggunakan laser untuk secara langsung memulai lompatan energi oleh nukleus, laser pertama-tama akan merangsang elektron, yang kemudian akan mentransfer energi ke nukleus, Pálffy melaporkan pada pertemuan tersebut.

Jam nuklir memungkinkan para peneliti merancang tes baru untuk menentukan apakah konstanta fundamental alam bervariasi dari waktu ke waktu. Sebagai contoh, beberapa penelitian telah menyarankan bahwa konstanta struktur halus, angka yang menentukan kekuatan interaksi elektromagnetik, dapat berubah (SN: 11/2/16). “Jam nuklir ini adalah sistem yang sempurna untuk mencari variasi konstanta fundamental,” kata Victor Flambaum dari Universitas New South Wales di Sydney pada pertemuan tersebut. Perangkat juga dapat menguji landasan teori relativitas umum Einstein yang disebut prinsip kesetaraan (SN: 12/4/17). Atau mereka bisa mencari materi gelap, partikel tak terdeteksi yang sulit dipahami yang diyakini fisikawan bertanggung jawab atas sebagian besar materi alam semesta, yang bisa mengubah detak jam.

Potensi jam nuklir sangat menjanjikan sehingga bagi Fleischmann, dari Universitas Heidelberg di Jerman, hanya butuh sekejap untuk menyelesaikan kebingungan bagaimana para ilmuwan dapat membangun jam nuklir, katanya. Itu “dari detik pertama jelas bahwa ini adalah pertanyaan yang harus dikerjakan.”

Related posts