Jam Ion Ini Diklam Paling Akurat Sepanjang Sejarah Alam Semesta

 Begitu akurat hingga baru akan maju atau mundur satu detik dalam kurun waktu 57,6 miliar tahun.

Perangkap ion yang baru dimodifikasi untuk jam ion aluminium. Foto: R Jacobson/NIST

Ringkasan

• Jam ion baru dari NIST memiliki akurasi 5,5 x 10⁻¹⁹, melampaui umur alam semesta.
• Teknologinya menggunakan dua ion yang saling terhubung secara kuantum: aluminium dan magnesium.
• Aplikasi potensialnya mencakup redefinisi detik, sistem GPS yang lebih presisi, dan eksperimen fisika mendalam.

BAYANGKAN sebuah jam yang saking akuratnya, ia baru akan bergeser satu detik dalam waktu lebih lama dari usia alam semesta sekarang (sekitar 13,8 miliar tahun). 

Itulah capaian luar biasa tim peneliti dari National Institute of Standards and Technology (NIST) setelah dua dekade penelitian. Akurasi jam ini mencapai 5,5 x 10⁻¹⁹.

Itu arrtinya mengalahkan rekor sebelumnya sebesar 41% dan dua setengah kali lebih stabil dari pendahulunya.

Jenis jam ini disebut ion clock alias jam ion. Berbeda dari jam atom biasa yang menggunakan frekuensi resonansi atom cesium tunggal, jam ion ini menggunakan dua ion yang saling terikat secara kuantum.

Satu ion aluminium sebagai sumber ketukan waktu (tick), dan satu ion magnesium sebagai "penerjemahnya".

Kenapa perlu magnesium? 

Karena "ketukan" aluminium tak bisa dibaca langsung oleh laser, berbeda dengan cesium.  Jadi, para ilmuwan menempatkan dua ion itu sangat dekat dalam ion trap, di mana mereka berinteraksi melalui gaya elektrostatik. 

Magnesium kemudian berperan sebagai perantara pembaca waktu dan sekaligus membantu mendinginkan ion aluminium agar tetap stabil.

Dinginnya bukan main—hampir menyentuh nol mutlak (-273,15 °C). 

Untuk menjaga kestabilan ekstrem ini, peneliti membungkus sistem dalam wafer berlian tebal, menambahkan pelapis emas di elektroda, dan membungkus semua dalam ruang hampa super tinggi untuk mencegah atom hidrogen menyusup. 

Bahkan laser yang digunakan distabilkan lewat optical frequency combs, eknologi canggih yang menggabungkan laser dengan frekuensi sangat spesifik.

Tapi semua ini bukan sekadar demi memecahkan rekor. Jam seakurat ini punya banyak kegunaan strategis, di antaranya: 

• menyusun ulang definisi satu detik dalam sistem internasional,
• menguji apakah konstanta fisika seperti gravitasi benar-benar tetap dari waktu ke waktu, 
• meningkatkan akurasi sistem GPS dan membantu eksperimen dalam komputer kuantum.

“Kami di NIST bisa melakukan riset jangka panjang dalam pengukuran presisi tinggi yang bisa mendorong batas ilmu fisika dan pemahaman kita terhadap dunia,” ujar Mason Marshall, salah satu peneliti.

Penelitian ini telah dipublikasikan dalam jurnal Physical Review Letters.

Disadur dari New Atlas - Ion clock has accuracy that outlives the universe