Fisikawan membuat jam atom inovatif yang kurang dari 1 detik setiap 100 juta tahun
Para ilmuwan telah mengembangkan salah satu jam atom paling tepat yang pernah dibangun, dan mereka berencana untuk menggunakannya sebagai jam referensi untuk Tentukan waktu diri.
Berdasarkan meningkatnya dan penurunan atom cesium di bawah sinar microwave, jam atom NIST-F4 sangat dapat diandalkan sehingga jika mulai berjalan ketika dinosaurus ada 100 juta tahun yang lalu, itu akan dibatalkan kurang dari satu detik hari ini, menurut pencipta.
The Clockmakers, ilmuwan di National Institute of Standard and Technology (NIST) di Boulder, Colorado, menerbitkan rincian karya NIST-F4 15 April di jurnal Metrologi. Berjalan pada April 2025, jam baru ini menunggu persetujuan sebelum bergabung dengan sekitar 450 jam lain di seluruh dunia dalam mendefinisikan waktu universal terkoordinasi (UTC), sistem global untuk mengukur ketukan ultraprecise dari detik.
Sinyal waktu “digunakan secara harfiah miliaran kali setiap hari untuk semuanya mulai dari pengaturan jam dan jam tangan hingga memastikan cap akurat dari ratusan miliar dolar transaksi keuangan elektronik,” Liz DonleyKepala Divisi Waktu dan Frekuensi di NIST, kata dalam sebuah pernyataan. (Donley tidak dikreditkan sebagai salah satu penulis makalah baru).
Kebutuhan yang semakin besar untuk ketepatan waktu yang lebih tepat berarti bahwa para ilmuwan selalu bekerja untuk mengembangkan jam referensi yang lebih baik – yang menentukan waktu yang ditetapkan oleh orang lain. Tidak seperti rekan sehari -hari mereka, perangkat referensi ini adalah jam atom, menurunkan kutu mereka dari getaran atom.
NIST-F4 adalah jenis jam atom yang dikenal sebagai jam air mancur, berisi awan ribuan atom cesium yang didinginkan Near Absolute Zero menggunakan laser. Atom -atom kemudian dilemparkan ke atas di bawah dorongan yang disediakan oleh sepasang balok laser, kemudian jatuh di bawah beratnya sendiri sambil melewati balok gelombang mikro yang disetel untuk membuat atom berosilasi.
Menghitung frekuensi ini (yang terjadi 9.192.631.770 kali setiap detik) memungkinkan para ilmuwan untuk secara tepat mendefinisikan internasional kedua.
Tapi itu bagian yang relatif sederhana. Untuk memastikan keandalan NIST-F4, para ilmuwan harus memperhitungkan setiap sumber kebisingan sangat kecil yang dapat mempengaruhi getaran atom cesium. Ini termasuk cross-talk kuantum dengan atom lain; efek kebocoran microwave dan lensing; dan distorsi halus di medan elektromagnetik yang dihasilkan oleh laser.
Tim mulai membuat tweak ini pada tahun 2020, empat tahun setelah jam air mancur pertama agensi, NIST-F1, dinonaktifkan untuk restorasi. Pekerjaan ini termasuk membangun kembali rongga gelombang mikro pada inti jam dari awal.
“Mengevaluasi Jam Air Mancur Seperti NIST-F4 adalah proses yang lambat,” penulis studi pertama Vladislav Gerginovseorang fisikawan di NIST yang bekerja pada desain baru, mengatakan dalam pernyataan itu. “Kita harus sangat konservatif. Kita harus tahu segalanya tentang itu.”
Hasilnya adalah jam dengan total ketidakpastian sistematis total 2,2 × 10⁻¹⁶ – presisi yang berarti kehilangan kurang dari satu detik setiap 140 juta tahun. Lag yang sangat halus ini adalah produk kebisingan dari keacakan yang melekat dalam pengukuran kuantumfaktor yang dikatakan para ilmuwan dapat dikurangi dengan osilator yang lebih baik dan pendinginan laser yang halus.
NIST-F4 akan berdetak di samping jam prekursornya NIST-F3. Jam yang lebih baru akan beroperasi sekitar 90% dari waktu, dan setidaknya satu jam akan berjalan pada waktu tertentu. Data dari keduanya akan dikirim secara berkala ke BIPM ke Kalibrasi UTC, dan membuat dunia terus berdetak.
