Ilmuwan Ciptakan Jam Nuklir Pertama, Ukur Waktu Lebih Presisi dari Jam Atom

WINA, BERITANOW.COM — Tim peneliti internasional berhasil menciptakan jam nuklir pertama yang menggunakan transisi energi inti atom thorium-229. Terobosan ini dipublikasikan di jurnal Nature pada 7 Oktober 2026 dan membuka babak baru dalam pengukuran waktu yang jauh lebih presisi dibandingkan jam atom konvensional.

Jam nuklir ini dikembangkan oleh tim dari Vienna Center for Quantum Science and Technology di TU Wien, Austria, bekerja sama dengan Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) di Jerman dan Badan Metrologi Austria (BEV). Perangkat ini menstabilkan laser continuous-wave ke transisi nuklir 148 nanometer menggunakan umpan balik cepat berbasis spektroskopi absorpsi.

Mengapa Jam Nuklir Berbeda
Jam atom yang selama ini menjadi standar waktu dunia bekerja berdasarkan transisi elektron di kulit atom. Sejak 70 tahun terakhir, jam atom berbasis gelombang mikro dan transisi optik elektron telah menjadi fondasi standar frekuensi global.

Jam nuklir menawarkan pendekatan yang berbeda. Ia memanfaatkan transisi energi inti atom yang jauh lebih stabil dan lebih tahan terhadap gangguan eksternal. Inti atom hanya berinteraksi lemah dengan medan perturbasi, sehingga jam dapat dibangun dari material padat pada suhu ruangan.

"Transisi nuklir thorium-229 menawarkan faktor kualitas resonansi orde 10^19," demikian tertulis dalam abstrak penelitian tersebut.

Thorium-229 dan Kristal Kalsium Fluorida
Jam nuklir ini menggunakan isotop thorium-229 yang ditanam dalam kristal kalsium fluorida berukuran milimeter. Kristal tersebut berada pada suhu ruangan sekitar 294,7 Kelvin dan dipantau sepanjang pengukuran.

Laser VUV continuous-wave 148 nanometer digunakan untuk menyelidiki inti thorium-229. Laser itu distabilkan ke resonansi nuklir melalui loop umpan balik yang mengoreksi ketidakstabilan dan drift resonator. Sinyal kesalahan diperoleh dari modulasi frekuensi antara dua titik yang dipisahkan oleh lebar setengah maksimum puncak absorpsi.

Untuk perbandingan, harmonik subdari radiasi 148 nanometer dibandingkan secara kontinu dengan jam ion tunggal Yb+ yang berada di BEV. Ini memungkinkan pengukuran rasio frekuensi antara jam nuklir dan jam atom referensi.

Performa dan Ketidakstabilan
Jam nuklir ini menunjukkan ketidakstabilan frekuensi fraksional terbatas shot-noise sebesar 3 × 10^-12/√τ, dengan τ adalah waktu rata-rata. Selama satu hari operasi, ketidakstabilan mendekati 10^-15.

Meskipun belum mencapai tingkat ketidakstabilan jam atom terbaik saat ini, jam nuklir thorium-229 sudah kompetitif dalam pencarian fisika fundamental. Sensitivitas transisi nuklir ini terhadap perubahan konstanta struktur halus dan parameter QCD jauh lebih tinggi dibandingkan transisi atom.

"Peningkatan beberapa orde besaran diproyeksikan untuk perangkat masa depan," tulis para peneliti.

Membatasi Model Materi Gelap
Tim menggunakan jam nuklir ini untuk membatasi model materi gelap ultralight dengan mencari fluktuasi periodik dan drift lambat dalam energi transisi nuklir. Rentang waktu yang diselidiki antara 20 detik hingga 1 hari.

Dari sekitar 23 jam data, tidak ditemukan amplitudo osilasi yang melebihi ambang deteksi 5 persen. Ini memungkinkan peneliti menetapkan batas atas untuk amplitudo osilasi dalam rentang frekuensi yang diselidiki.

"Batasan ini bersaing dengan jam atom terbaik terkait kopling materi gelap ke foton dan melampaui pengukuran sebelumnya terkait kopling ke gaya kuat," demikian bunyi abstrak penelitian.

Prospek Masa Depan
Para peneliti memproyeksikan peningkatan signifikan untuk jam nuklir generasi berikutnya. Dengan kristal yang lebih panjang, laser VUV daya lebih tinggi, dan lebar garis yang lebih sempit, ketidakstabilan frekuensi fraksional sekitar 10^-16/√τ dapat dicapai.

Angka itu akan membawa jam nuklir ke tingkat yang setara dengan jam atom optik tercanggih saat ini, tetapi dengan bentuk dan kesederhanaan jam solid-state.

"Peningkatan empat orde besaran dalam sensitivitas terhadap variasi konstanta fundamental dapat diaktifkan," pungkas para peneliti.(*)

Informasi ini dihimpun BeritaNow dari berbagai sumber.