Bosan jam tangan anda kehilangan masa apabila tahun berlalu? Jam atom baru, yang paling tepat pernah digunakan, menggunakan atom ytterbium dan laser untuk menentukan yang kedua. Imej melalui pengguna Flickr Earls37a
Jika jam tangan di pergelangan tangan anda berlari perlahan selama lima minit selama setahun, anda mungkin tidak akan memikirkannya. Tetapi para saintis dan jurutera bergantung pada jam atom yang sangat tepat untuk pelbagai aplikasi, dan usaha untuk jam yang lebih pantas telah berlangsung selama beribu tahun.
Sekarang, sekumpulan penyelidik yang diketuai oleh Andrew Ludlow dari National Institute of Standards and Technology telah menetapkan bar lebih tinggi dari sebelumnya. Jam atom terbaru mereka, yang diramalkan semalam, dijangka menjadi tidak tepat dengan jumlah 1.6 saat selepas berjalan selama 10 hingga 18 saat atau, dalam erti kata lain, ia kehilangan satu saat penuh sepanjang 50.8 bilion tahun .
Dalam makalah yang menerangkan jam mereka, para penyelidik memberikan sepasang analogi untuk tahap ketepatan ini: "adalah bersamaan dengan menyatakan umur alam semesta yang diketahui dengan ketepatan kurang dari satu detik, " tulis mereka, "atau diameter bumi kurang daripada lebar atom. "
Seperti semua jam, jam atom menyimpan masa yang konsisten dengan mendasarkan tempoh kedua dari peristiwa fizikal yang berlaku dengan keteraturan. Semasa jam mekanikal menggunakan swinging pendulum untuk mengekalkan masa, jam atom menggunakan mekanisme yang berlaku dengan lebih kerap: frekuensi tertentu cahaya yang diperlukan untuk menyebabkan atom berfluktuasi antara dua keadaan tenaga (khususnya, untuk pergi dari keadaan dasar ke dalam keadaan teruja), yang sentiasa menjadi nilai seragam. Sebagai contoh, piawaian antarabangsa semasa yang mentakrifkan tempoh sesaat ialah 9.192.631.770 kitaran daripada jumlah radiasi gelombang mikro yang menyebabkan atom-atom cesium berubah-ubah di antara kedua-dua keadaan tenaga dan dalam proses memancarkan yang paling ringan mungkin.
Beberapa faktor, walaupun, dapat memutarbelitkan walaupun pengukuran yang paling berhati-hati terhadap kekerapan ini. Apa penyelidik di sebalik jam baru ini telah mencipta reka bentuk inovatif (menggunakan elemen yang berbeza) yang meminimumkan gangguan ini lebih daripada jam sebelumnya.
Reka bentuk mereka, yang dipanggil "jam kekisi optik, " menjejaskan atom ytterbium di dalam kotak kisi laser rasuk. Diawali di tempat, atom dibombardir oleh jenis laser kedua, yang memaksa elektron mereka untuk melonjak dalam tahap tenaga. Pemeriksaan sensor untuk memastikan bahawa semua atom mencapai tahap tenaga yang lebih tinggi, dan frekuensi cahaya yang tepat yang diperlukan untuk memaksa mereka untuk melakukannya kemudian ditukar menjadi panjang yang tepat satu saat.
Biasanya, apa-apa pergerakan fizikal atom yang sedikit kerana mereka dibombardir boleh menyebabkan perubahan halus dalam kekerapan cahaya yang diperlukan untuk menaikkan tahap tenaga mereka (akibat pergeseran Doppler), membuang ketepatan jam. Tetapi, seperti yang dijelaskan dalam Kajian Teknikal MIT, di mana berita jam pertama kali diterbitkan, kotak pancaran laser "memegang atom-atom dalam cengkaman seperti naif yang meminimumkan sebarang kesan Doppler." Selain itu, kisi perangkap nombor yang agak besar atom (antara 1, 000 dan 1, 000, 000) berbanding dengan kebanyakan jam atom, jadi purata jumlah radiasi yang diperlukan untuk menaikkan masing-masing kepada tahap tenaga yang lebih tinggi memberikan nilai yang lebih tepat mengenai frekuensi tepat radiasi yang kemudiannya digunakan untuk menetapkan masa.
Membandingkan dua jam tersebut bersama-sama, penulis mendapati sesuatu yang luar biasa-setiap "tick" mengukur selang masa dengan sempurna sehingga satu jam hanya akan tertinggal di belakang masa sebenar oleh sepersepuluh saat apabila Matahari kita menjilid Bumi apabila ia berubah menjadi merah gergasi kira-kira 5 bilion tahun dari sekarang.
Jam baru ini dan penghalusan secara beransur-ansur jam atom secara keseluruhannya mungkin kelihatan seperti usaha akademik semata-mata, tetapi sebenarnya terdapat satu ton teknologi aplikasi yang sangat berguna. Ambil, sebagai contoh, aplikasi "peta" pada telefon anda. Tanpa keupayaan untuk menyegerakkan jam secara dekat dengan jarak yang jauh, sistem GPS tidak dapat berfungsi, kerana bergantung pada perbandingan tepat masa yang diperlukan isyarat untuk melakukan perjalanan dari beberapa satelit yang berbeda ke peranti yang dibolehkan GPS anda.
Usaha-usaha masa depan yang boleh menggunakan kemajuan terbaru dalam teknologi jam atom ini boleh termasuk dalam sains geodesi, yang bertujuan untuk mengukur perubahan kecil dalam bentuk bumi dan medan graviti dari masa ke masa. Semua jam semak pada kadar yang lebih perlahan pada paras laut daripada satu batu tinggi, kerana gaya graviti semakin kuat apabila lebih dekat dengan Bumi. Pada masa ini, dengan jam atom yang paling canggih, perbezaan ini hanya dapat diukur apabila perubahan ketinggian beribu-ribu kaki, tetapi dengan jam baru, ia akan dapat dikesan apabila jam itu dibangkitkan atau diturunkan oleh sentimeter semata-mata, menjadikan sistem berpotensi berguna untuk mengukur sedikit perubahan dalam ketebalan ais glasier atau ketinggian yang diperolehi oleh rentang gunung dari masa ke masa apabila plat tektonik bertabrakan.
