Laser yang membuat jam atom ultra-presisi menjadi lebih baik

BARU YORK – Beberapa fisikawan sedang merevolusi dunia misterius jam tangan ultra-akurat. Dan di antara mereka ada seorang peneliti yang berjuang untuk mencapai suatu tempat tepat pada waktunya.

“Saya cenderung sedikit terlambat,” kata Jim Bergquist, 58 tahun. “Sangat terlambat.”

Tentu saja, waktu yang dia fokuskan secara profesional jauh dari dunia kencan makan malam dan pesawat yang harus dikejar.

Bergquist, yang bersama dengan Institut Standar dan Teknologi Nasional di Boulder, Colorado, bekerja dengan perangkat yang sangat akurat yang mengandalkan perilaku atom untuk mengukur waktu. Faktanya, dia sedang mengerjakan jam tangan yang mungkin paling akurat di dunia.

Dalam dunia Bergquist, 10 miliar detik adalah waktu yang terlalu lama antar jam. Dan benar-benar membuat perbedaan bahwa jam di Denver yang tingginya satu mil berdetak lebih cepat dibandingkan jam lain di permukaan laut. (Waktu sendiri berlalu lebih cepat ketika gravitasi berkurang.)

Dalam rangkaian karyanya, fokusnya bukan pada produksi jam dengan akurasi tinggi yang menunjukkan waktu resmi dunia. Ini tentang pembuatan perangkat yang lebih presisi yang digunakan untuk menilai keakuratan jam tangan tersebut.

Perangkat tersebut juga digunakan untuk meningkatkan navigasi antarplanet. Pada akhirnya, mereka juga harus membantu mengungkap rahasia mendasar alam semesta, dan mungkin membantu mengirimkan informasi yang aman melalui Internet.

Bergquist dan yang lainnya telah menunjukkan cara yang lebih baik untuk mewujudkannya, sebuah pendekatan yang menurutnya pada akhirnya akan menggantikan teknologi yang telah ada selama 50 tahun.

Cara baru ini sangat akurat sehingga Bergquist yakin hal ini akan membuat para ilmuwan mendefinisikan ulang apa yang dimaksud dengan satu detik.

Musim panas ini, Bergquist dan rekan-rekannya menerbitkan perbandingan langsung antara jam ultra-akurat standar negara tersebut dengan teknologi baru yang ia dan rekan-rekannya sedang kejar. Hasilnya cukup jelas.

Jam standar saat ini tidak akan bertambah atau berkurang satu detik pun dalam 70 juta tahun. Jam baru ini mendorong angka tersebut menjadi 400 juta tahun.

Bergquist memperkirakan bahwa dengan pengembangan lebih lanjut, teknologi baru ini akan menjadi setidaknya 100 kali lebih akurat dibandingkan jenis jam tangan standar.

Rahasia jam tangan baru? Ini “mengetik” lebih cepat dari yang standar. Dan semakin banyak detak per satuan waktu, semakin tepat satuan tersebut dapat diukur.

Pikirkan tentang mencoba menghitung waktu lari 100 yard: Jika jam tangan Anda hanya berdetak satu kali dalam satu detik, kata Bergquist, akan sulit menentukan pemenang jika perlombaan turun hingga seperseratus detik. Namun stopwatch yang berdetak setiap seperseribu detik sudah cukup.

Faktanya, perangkat Bergquist lebih mirip stopwatch daripada jam. Ini hanya dinyalakan sesekali untuk mengukur interval waktu tertentu, bukan dibiarkan terus menerus untuk menunjukkan waktu.

Teknologi jam baru ini mungkin tidak hanya menggantikan teknologi jam lama, namun juga dapat memaksa adanya revisi terhadap apa yang para fisikawan anggap sebagai definisi satu detik. Definisi saat ini, seperti jam ultra-presisi yang sekarang digunakan, didasarkan pada gelombang mikro dan perilaku atom cesium.

Inti atom cesium berpindah-pindah antara dua keadaan fisik ketika terkena radiasi gelombang mikro dengan frekuensi tertentu. Frekuensi itu adalah “centang” jam saat ini. Satu detik, bagi fisikawan, sama dengan 9.192.631.770 detak.

Jam “optik” yang baru malah menghantam atom dengan sinar laser, yang disetel secara halus ke frekuensi tertentu. “Kutu” laser muncul sekitar 100.000 kali lebih cepat, dan oleh karena itu dapat menjadi dasar baru untuk menentukan satu detik.

Hal ini tidak akan terjadi secara instan. Bergquist memperkirakan dibutuhkan waktu lima atau 10 tahun bagi para ilmuwan untuk memutuskan jenis atom terbaik yang akan digunakan sebagai inti jam optik.

Setelah para ilmuwan membuat pilihan tersebut, kata Bergquist, politik internasional akan ikut berperan ketika negara-negara mempertimbangkan dampak dari membuang jam cesium demi kepentingan optik yang lebih mahal.

Alan Madej, peneliti senior di Institut Standar Pengukuran Nasional Kanada di Ottawa, setuju bahwa jam optik pada akhirnya akan menjadi standar untuk menentukan satu detik, meskipun mungkin memerlukan waktu satu dekade atau lebih. Laboratoriumnya adalah satu dari setengah lusin laboratorium di seluruh dunia yang bekerja dengan teknologi mutakhir.

Dia mencatat bahwa lima tahun yang lalu, pencatat waktu resmi di seluruh dunia menganggap jam optik memiliki potensi, namun mereka masih tetap menggunakan teknologi gelombang mikro standar karena alasan teknis.

Namun sejak itu, mereka telah melihat “performa luar biasa” dari perangkat optik tersebut, katanya, dan “mereka sekarang menyadari bahwa inilah jalan yang harus ditempuh.”