- Stabilitas jam nuklir Cina melampaui dua perangkat pertama di dunia enam kali lipat.
- Hasil pengukuran tim Tsinghua menunjukkan sinyal tidak bergantung pada kristal khusus.
- Keunggulan jam nuklir terletak pada pengurangan gangguan eksternal, meningkatkan akurasi.
- Peneliti menghadapi tantangan material dan teknik, perlu meningkatkan kinerja jam nuklir.
Jam nuklir eksperimental Cina telah menjadi pilihan yang lebih stabil di antara dua perangkat beroperasi pertama di dunia. Peneliti Universitas Tsinghua menemukan bahwa stabilitas operasional jam mereka sekitar enam kali lipat sistem saingan di Vienna. Jam kedua tim didasarkan pada inti atom Uranium-229 yang terperangkap dalam kristal, metode yang memindahkan mekanisme penjadwalan dari elektron ke inti atom. Hasil ini menandai langkah maju lain dalam kategori baru penjadwalan presisi. Jam nuklir juga mungkin memberikan cara baru bagi para fisikawan untuk menguji hukum-hukum dasar alam.
Tim Tsinghua menemukan bahwa kristal yang diproduksi secara terpisah menghasilkan sinyal jam yang hampir identik. Hasil pengukuran mereka cocok sekitar tiga bagian per sepuluh triliun. Temuan ini menunjukkan sinyal tidak bergantung pada jenis kristal khusus tertentu. Hasil ini juga selaras dengan hasil pengukuran awal peneliti JILA di Colorado. Ding Shiqian, yang memimpin penelitian Tsinghua, menyatakan hasil ini memperkuat argumen untuk jam nuklir yang dapat direproduksi. Peneliti pada akhirnya mungkin dapat mengubah teknologi ini menjadi standar waktu praktis.
Stabilitas dan Karakteristik Sinyal Jam Nuklir
Namun, jam ini belum mencapai stabilitas yang dicapai oleh jam atom terbaik. Jam atom telah mendefinisikan standar penjadwalan presisi selama 70 tahun terakhir. Jam atom melacak perubahan keadaan energi elektron, sedangkan jam nuklir memantau transisi di dalam inti atom. Perbedaan ini mungkin sangat penting, karena elektron menempati wilayah yang jauh lebih besar dari inti atom, sedangkan inti atom jauh lebih kecil dan padat.
Uranium-229 menawarkan keuntungan langka untuk penjadwalan nuklir. Inti atomnya mampu merespons cahaya ultraviolet, dan energinya dapat dicapai dengan laser saat ini. Sebagian besar inti atom memerlukan energi lebih tinggi untuk mencapai transisi serupa. Ilmwan berhasil menggerakkan Uranium-229 menggunakan laser pada 2024. Sistem Tsinghua menghasilkan cahaya ultraviolet dengan memanaskan uap germanium hingga 1,112 derajat Fahrenheit. Peneliti mengarahkan sinar cahaya ke kristal kecil berdoping uranium, berukuran lebih kecil dari sebutir beras, namun mengandung sekitar satu kuadriliun inti atom uranium.
Perangkat jam nuklir Vienna menggunakan kristal yang berisi sekitar 200 kali lipat inti atom uranium. Peneliti membandingkan sinyalnya dengan jam atom melalui serat optik sepanjang 6 mil. Peneliti Vienna menemukan bahwa sinyal jam sedikit berubah tergantung posisi laser melewati kristal. Fluktuasi ini menyebabkan perangkat tersebut menyimpan waktu yang sedikit berbeda setiap hari. Perbaikan kristal mungkin membantu peneliti mengurangi masalah ini.
Potensi Aplikasi dan Tantangan Jam Nuklir
Jam nuklir dapat mendeteksi fenomena fisika karena skala inti atom yang lebih kecil berpotensi mengurangi gangguan dari medan listrik dan magnet eksternal. Gangguan yang lebih rendah pada akhirnya mungkin membantu jam nuklir mencapai akurasi sangat tinggi. Jam nuklir juga dapat membantu peneliti menyelidiki materi gelap. Fisikawan dapat membandingkan jam nuklir dan jam atom untuk mendeteksi perubahan kecil pada konstanta fisika fundamental. Peneliti Vienna telah menggunakan jam mereka dalam pencarian materi gelap, eksperimen yang tidak menghasilkan bukti materi gelap.
Peneliti masih menghadapi tantangan material dan teknik yang signifikan. Uranium-229 sangat langka, membatasi eksperimen desain kristal baru. Kristal yang lebih baik dapat mendistribusikan uranium lebih merata dan mengurangi cacatan internal. Laser yang lebih kuat juga dapat meningkatkan kinerja jam. Saat ini, sistem yang didukung jam atom bergantung pada penjadwalan yang sangat presisi, termasuk navigasi satelit. Jam nuklir memerlukan peningkatan kinerja yang signifikan untuk menantang sistem yang sudah mapan ini. Peneliti pada akhirnya berharap membawa jam nuklir keluar dari laboratorium khusus, di mana desain yang kompak dapat membuat presisi penjadwalan ultra-tinggi berlaku untuk aplikasi yang lebih luas.
Penelitian ini diterbitkan di jurnal Nature.
Pengembangan Masa Depan dan Tantangan Teknologi Jam Nuklir
Teknologi jam nuklir Cina menunjukkan stabilitas yang signifikan, yang tidak hanya mendorong pengembangan penjadwalan presisi, tetapi juga berpotensi mengubah cara penelitian fisika. Karena jam nuklir dapat mengurangi gangguan eksternal, di masa depan ia berpotensi memainkan peran penting dalam penelitian materi gelap dan pengujian konstanta fisika fundamental. Namun, kelangkaan Uranium-229 serta tantangan material dan teknik tetap menjadi hambatan utama. Jika tantangan ini dapat diatasi, jam nuklir mungkin akan menggantikan jam atom konvensional dalam aplikasi yang lebih luas, membawa terobosan teknologi baru.