Jam Nuklir Membawa Waktu Atom ke Dalam Inti Atom
Selama lebih dari tujuh puluh tahun, jam paling presisi di dunia menjaga waktu dengan mengamati elektron melompat antar tingkat energi dalam atom. Kini fisikawan telah mendorong trik yang sama satu lapisan lebih dalam — ke dalam inti atom itu sendiri. Dua tim peneliti, satu dipimpin oleh ilmuwan di Universitas Tsinghua di Tiongkok dan satu lagi melibatkan beberapa negara Eropa, melaporkan dalam jurnal Nature bahwa masing-masing telah membangun jam nuklir torium-229 yang berjalan dalam loop stabil yang mengoreksi diri. Ini adalah pertama kalinya referensi waktu yang berfungsi didasarkan pada tingkat energi di dalam inti atom, bukan di awan elektron di sekitarnya. Thorsten Schumm, seorang fisikawan atom di TU Wien di Austria dan anggota utama tim Eropa, menyebut pencapaian itu sebagai mimpi yang menjadi kenyataan, dan mencatat bahwa bidang ini hanya beberapa waktu lalu masih merupakan ceruk yang sunyi.
Daya tarik torium-229 adalah keunikan fisika nuklir. Sebagian besar inti atom membutuhkan energi yang sangat besar untuk berpindah antar keadaan, yang membuatnya di luar jangkauan laser biasa. Torium-229 memiliki keadaan tereksitasi yang terletak sangat rendah, yang dapat dicapai dengan cahaya di rentang ultraviolet. Itu memungkinkan untuk menggerakkan transisi dengan laser dan membaca detaknya, dengan cara yang sama seperti jam atom optik bekerja.
Inti atom jauh lebih kecil daripada atom dan jauh lebih terlindung dari dunia luar, sehingga jam nuklir seharusnya kurang terganggu oleh medan listrik dan magnetik liar serta oleh fluktuasi suhu. Para peneliti memperkirakan hal itu akan menghasilkan stabilitas yang lebih besar dan, pada akhirnya, akurasi yang lebih baik daripada jam optik terbaik saat ini, yang jika tidak, akan kehilangan kurang dari satu detik sepanjang usia alam semesta.
Kedua hasil tersebut muncul hampir bersamaan dan melalui jalur teknis yang berbeda, yang dengan sendirinya menunjukkan sesuatu. Kelompok-kelompok pesaing yang bertemu pada tonggak yang sama menunjukkan bahwa masalah rekayasa yang sulit — menemukan panjang gelombang laser yang tepat, menguncinya pada transisi, dan menjaga seluruh sistem berjalan dengan stabil — kini sedang dipecahkan, bukan sekadar diteorikan. Tim Tiongkok dan Eropa masing-masing mendemonstrasikan loop tertutup, yang berarti jam dapat mengoreksi dirinya sendiri secara terus-menerus alih-alih mengandalkan pengukuran intermiten.
Mengapa semua ini penting di luar laboratorium metrologi? Jam yang lebih baik mempertajam satelit navigasi, jaringan telekomunikasi, dan cap waktu yang menjadi sandaran sistem keuangan. Jam juga menopang pengujian fisika fundamental: jam yang sensitif terhadap gaya nuklir dapat menyelidiki apakah konstanta alam benar-benar konstan, dan mencari efek halus yang tidak dapat dilihat oleh jam atom biasa. Beberapa peneliti juga telah mengusulkan transisi nuklir sebagai jalur menuju standar frekuensi yang lebih presisi untuk teknologi generasi mendatang.
Pekerjaan ini masih jauh dari instrumen komersial. Jam nuklir tetap merupakan mesin laboratorium yang rumit dan haus laser, dan mengubahnya menjadi perangkat yang kokoh akan memakan waktu bertahun-tahun. Namun arah perjalanannya jelas. Perlombaan global dalam pengukuran presisi kuantum — bidang yang mencakup jam atom, sensor gravitasi, dan magnetometer kuantum — semakin memanas, dan hasil torium memindahkan ide eksotis ke ranah perangkat keras yang berfungsi.
Bagi komunitas ilmiah Tiongkok, hasil Tsinghua adalah penanda seberapa jauh penelitian kuantum domestik telah berkembang. Laboratorium-laboratorium Tiongkok telah menjadi kontributor tetap di garis depan pengukuran presisi, bersama kelompok-kelompok yang telah lama mapan di Eropa dan Amerika Utara. Publikasi yang hampir bersamaan juga menunjukkan realitas praktis: kemajuan di bidang ini masih bergantung pada pengetahuan bersama, kolaborasi lintas batas, dan publikasi terbuka, bahkan ketika persaingan semakin ketat.
Untuk saat ini, pencapaian ini paling baik dipahami sebagai bukti prinsip dengan ekor yang panjang. Jam yang menjaga waktu di dalam inti atom bukan lagi eksperimen pemikiran. Dekade berikutnya akan menentukan seberapa presisi jam itu bisa menjadi, dan aplikasi mana — dari geodesi hingga fisika fundamental — yang pertama kali mendapat manfaat dari detak yang berasal dari jantung atom.