Jam Nuklir Thorium-229 China Mulai Berdetak, dan Ini yang Pertama di Dunia

Fisikawan di Universitas Tsinghua di Beijing telah melakukan sesuatu yang telah dikejar metrologi kuantum selama puluhan tahun: mereka menjalankan jam yang digerakkan oleh inti atom, bukan elektron di sekitarnya. Karya tersebut, yang diterbitkan secara online di jurnal Nature, digambarkan oleh tim sebagai pengoperasian pertama jam nuklir thorium-229, yang dicapai secara paralel dengan kelompok Eropa.

Setiap jam memerlukan detak yang berulang. Jam atom terbaik saat ini menggunakan laser untuk menggetarkan elektron antara tingkat energi dalam atom seperti strontium atau ytterbium. Tim Tsinghua malah mengunci laser ke transisi di dalam inti thorium-229, isotop yang keadaan tereksitasinya paling rendah berada pada energi yang luar biasa rendah. Keanehan itu membuatnya dapat dijangkau dengan cahaya, bukan sinar-X kuat yang biasanya dibutuhkan transisi nuklir semacam itu.

Untuk mencapainya, para peneliti membangun laser ultraviolet vakum gelombang kontinu 148 nanometer di dalam laboratorium dan memasangkannya dengan kristal kalsium fluorida yang didoping thorium-229, yang dikembangkan bersama kelompok mitra. Menembakkan laser ke kristal dan mencocokkan frekuensinya dengan lompatan nuklir memungkinkan mereka menahan transisi cukup stabil untuk berfungsi sebagai referensi waktu.

Mengapa repot-repot? Inti ribuan kali lebih kecil daripada awan elektron di sekitarnya, dan jauh lebih terlindung dari medan listrik dan magnet yang menyimpang. Perlindungan itu dapat membuat jam nuklir kurang sensitif terhadap kebisingan lingkungan, berpotensi meningkatkan standar frekuensi terbaik saat ini. Karena transisi nuklir juga merespons gravitasi secara berbeda dan kemungkinan pergeseran konstanta fundamental alam, jam semacam itu bisa menjadi alat untuk menguji apakah konstanta tersebut benar-benar konstan.

Manfaat praktisnya masih jauh, tetapi arahnya sudah familiar. Penjagaan waktu yang lebih baik menopang navigasi satelit, jaringan telekomunikasi, dan penandaan waktu keuangan, serta mempertajam pencarian materi gelap dan pergeseran halus yang diprediksi oleh teori di luar model standar. Jam nuklir bukanlah pengganti jam atom, melainkan jenis penggaris yang berbeda, sensitif terhadap gaya yang sebagian besar diabaikan oleh perangkat berbasis elektron.

Hasil ini muncul di tahun yang kuat bagi fisika. Hadiah Nobel Fisika 2026 diberikan kepada para arsitek IceCube, detektor yang terkubur di es Antartika yang menangkap partikel hantu nyaris tanpa massa yang disebut neutrino, dan hadiah kimia menghormati dua ilmuwan yang menunjukkan bagaimana kebiasaan molekul dapat memperkuat dirinya sendiri. Pengukuran presisi, astronomi partikel, dan molekul cermin semuanya menyampaikan hal yang sama: instrumen yang melihat yang tak terlihat cenderung membuka hal yang tak terduga.

Ding Shiqian dari Tsinghua dan kolaboratornya menekankan bahwa ini adalah awal, bukan instrumen yang sudah selesai. Satu transisi yang berfungsi masih harus distabilkan, dibandingkan dengan standar yang ada, dan dijalankan cukup lama untuk membuktikan bahwa ia menjaga waktu lebih baik daripada yang sudah dimiliki laboratorium. Hasil Eropa, yang diumumkan sekitar waktu yang sama, menunjukkan bahwa bidang ini sekarang menjadi perlombaan yang sesungguhnya, bukan upaya tunggal.

Bagi pembaca global, signifikansinya jelas. Jam yang menghitung getaran di dalam inti atom memindahkan penjagaan waktu dari kulit elektron ke inti materi itu sendiri, dan itu terjadi pertama kali di laboratorium China yang bekerja bersama rekan-rekan internasional. Jika teknik ini matang, detik yang kita semua andalkan suatu hari mungkin didefinisikan oleh sesuatu yang jauh lebih kecil dan lebih aneh daripada atom yang kita gunakan sekarang.