REPUBLIKA.CO.ID, JAKARTA -- Jam atau alat yang digunakan untuk menunjukkan waktu sekaligus salah satu penemuan paling tua dalam sejarah manusia. Pengukuran waktu paling akurat selama ini tidak didasarkan pada gerakan kuarsa atau roda keseimbangan.
Namun, ini didasarkan pada detak elektron di kulit atom. Pengukuran ini disebut juga dengan jam atom.
Salah satu hal terbaik dari jam atom ini adalah kemampuannya yang akurat untuk satu bagian pada 1018. Ini begitu tepat, bahkan tidak akan ada satu detik pun terlewatkan dalam miliaran tahun sejak alam semesta ada.
Terdapat jenis jam baru yang potensial dan dapat meningkatkan presisi ini dengan urutan besarnya, menjadi satu bagian pada 1019. Ini didasarkan pada detak inti isotop thorium, tetapi meskipun gagasan itu pertama kali muncul pada 2003, sulit untuk melakukannya.
Saat ini, pengukuran baru dari 'detak' inti thorium-229 membawa kita selangkah lebih dekat untuk mewujudkan impian jam nuklir. Jam nuklir digadang-gadang lebih akurat dibandingkan jam atom.
Sebuah studi terbaru mengungkapkan bahwa sejumlah besar aplikasi dan penyelidikan telah diusulkan untuk keadaan 229mTh, mulai dari laser gamma nuklir, jam nuklir ion yang sangat akurat, dan stabil hingga jam nuklir solid-state kompak.
“Jam seperti itu akan memungkinkan untuk mencapai tingkat presisi baru untuk fisika fundamental, misalnya, variasi konstanta fundamental, pencarian materi gelap, atau sebagai detektor gelombang gravitasi,” ujar tim peneliti dalam makalah studi, dilansir Science Alert, Jumat (2/10).
Cara kerja jam atom, yang berasal dari unsur tertentu seperti strontium atau ytterbium diiradiasi dengan laser. Ini menggairahkan elektron di kulit atom, menyebabkan mereka berosilasi bolak-balik antara dua keadaan energi. Osilasi dihasilkan oleh transisi antara tingkat energi, yang dieksitasi oleh panjang gelombang tertentu dari radiasi elektromagnetik.
Sebuah jam nuklir harus bekerja dengan prinsip yang sama, kecuali elektron, inti itu sendiri berosilasi. Tetapi kebanyakan inti atom memiliki energi transisi yang tinggi, dalam kisaran kiloelektronvolt ke megaelektronvolt.
Agar menjadi cukup bersemangat untuk berosilasi, inti ini membutuhkan cukup banyak energi. Sebagai contoh, sinar gamma atau sinar-X daripada laser, membuatnya sangat tidak praktis untuk digunakan untuk ketepatan waktu.
Selama ini, tidak ada teknologi laser yang mampu menghasilkan energi tersebut. Pengecualian penting di sini adalah thorium-229.
Dari ribuan inti atom yang diketahui, keadaan tereksitasi inti thorium-229 sejauh ini adalah yang paling rendah dalam kisaran elektronvolt. Ini sangat rendah sehingga dapat diinduksi melalui iradiasi ultraviolet, menjadi upaya bagus dalam mengetahui panjang gelombang yang tepat dari sinar ultraviolet yang dibutuhkan untuk merangsang inti.
Diperlukan teknologi laser, untuk mengukur perubahan energi yang tepat antara keadaan dasar dan keadaan tereksitasi. Beberapa upaya telah dilakukan dan masing-masing telah membuatnya sedikit lebih dekat.
Namun, upaya baru yang dipimpin oleh fisikawan Tomas Sikorsky dari Universitas Heidelberg di Jerman mungkin adalah yang paling tepat. Tim mengukur radiasi gamma yang dipancarkan saat isotop uranium-333 meluruh menjadi berbagai isomer, atau konfigurasi molekuler, dari thorium-229, termasuk isomer thorium-229m metastabil yang diinginkan.
Teknik telah digunakan sebelumnya dalam mengembalikan hasil masing-masing 7,6 elektronvolt dan 7,8 elektronvolt pada 2007 dan 2009. Namun, tim yang dipimpin Sikorsky menggunakan metode baru yang lebih tepat untuk mengukur radiasi gamma.
Para peneliti merancang mikrokalorimeter magnetik kriogenik sebagai spektrometer sinar gamma. Sinar gamma mengenai pelat penyerap dan diubah menjadi panas. Ini kemudian diubah menjadi perubahan magnetisasi pada sensor, yang dapat diterjemahkan menjadi energi transisi.
"Eksperimen ini melengkapi eksperimen elektron konversi di mana energi isomer diekstraksi langsung dari data eksperimen, tanpa menggunakan kalkulasi. Satu-satunya ketidakpastian yang signifikan dalam eksperimen kami adalah kesalahan statistik,” jelas tim peneliti.
Dengan teknik pengukuran baru ini, tim menemukan energi transisi menjadi 8,1 elektronvolt, sesuai dengan panjang gelombang eksitasi 153,1 nanometer. Ini sangat mirip dengan pengukuran yang dilakukan tahun lalu dengan menggunakan teknik berbeda, yang menemukan energinya sebesar 8,28 elektronvolt, sesuai dengan panjang gelombang 149,7 nanometer.
Seperti yang dicatat oleh para peneliti, satu-satunya ketidakpastian adalah statistik, melakukan sejumlah besar pengukuran harus mengurangi ketidakpastian itu secara signifikan. Ini berarti jam nuklir sekarang lebih bisa dicapai dari sebelumnya.
