Jam atom selama puluhan tahun menjadi standar utama pengukuran waktu paling presisi. Kini, dua studi independen menunjukkan bahwa jam nuklir mulai keluar dari ranah konsep dan masuk ke tahap yang lebih stabil.
Perkembangan ini bertumpu pada osilasi inti thorium-229, bahan yang lama dianggap sebagai kunci untuk membangun perangkat penentu waktu generasi baru. Jika pendekatan ini terus matang, jam nuklir berpeluang melampaui jam atom terbaik yang ada saat ini.
Dari elektron ke inti atom
Perbedaan mendasarnya ada pada sumber osilasi. Jam atom mengandalkan elektron, sedangkan jam nuklir memakai inti atom yang jauh lebih kecil dan lebih tahan terhadap gangguan luar seperti medan elektromagnetik.
Gagasan itu sudah muncul sejak 2003, ketika fisikawan Ekkehard Peik dan Christian Tamm dari Physikalisch-Technische Bundesanstalt mengusulkan inti atom sebagai platform pengukuran waktu yang berpotensi lebih akurat daripada elektron. Namun, pengembangan konsep ini lama tersendat karena kebanyakan inti membutuhkan energi transisi yang terlalu besar untuk dijangkau laser.
Thorium-229 menjadi pengecualian karena memiliki dua keadaan inti dengan energi yang sangat berdekatan. Celah energi yang kecil itulah yang membuatnya menarik sebagai kandidat utama untuk jam nuklir.
Prototipe yang mulai berdetak
Setelah lebih dari 20 tahun upaya, tim dari TU Wien di Vienna bersama pakar dari NIST dan JILA di University of Colorado Boulder berhasil membuat prototipe thorium-229 pada 2024. Prototipe itu sudah bisa berdetak, tetapi belum cukup andal untuk menjaga waktu secara stabil.
Thorston Schumm, salah satu penulis studi 2024 dari TU Wien, mengatakan saat itu bahwa tujuan awal mereka adalah mengembangkan teknologi baru. Ia juga menyebut peningkatan kualitas akan mengikuti setelah konsep dasarnya berhasil dibuat, dan tim memperkirakan jam nuklir bisa melampaui jam atom terbaik dalam 2-3 tahun.
Stabilisasi laser menjadi kunci
Dua studi baru yang diunggah sebagai preprint menunjukkan kemajuan menuju target tersebut. Menurut Science News, tim Schumm dan kelompok independen di China sama-sama menyempurnakan metode untuk menyesuaikan kembali frekuensi laser melalui sistem umpan balik.
Dalam preprint di arXiv, tim Schumm menjelaskan bahwa laser jam distabilkan pada frekuensi transisi nuklir yang diukur. Sistem feedback loop kemudian mengoreksi instabilitas sisa atau drift pada rongga laser, sehingga jam tidak hanya bisa berdetak tetapi juga lebih stabil.
Tabel berikut merangkum perbedaan utama antara jam atom dan jam nuklir:
| Aspek | Jam Atom | Jam Nuklir |
|---|---|---|
| Sumber osilasi | Elektron | Inti atom |
| Ketahanan terhadap gangguan luar | Lebih rentan | Lebih tahan |
| Kandidat utama | Banyak atom berbeda | Thorium-229 |
Lebih dari sekadar jam yang lebih presisi
Daya tarik jam nuklir bukan hanya pada akurasi waktu. Karena inti atom terutama dipengaruhi oleh gaya nuklir kuat, perangkat ini juga sensitif terhadap perubahan kecil pada konstanta fundamental yang mengatur kekuatan gaya tersebut.
Sensitivitas itu membuka peluang penggunaan jam nuklir untuk mencari tanda-tanda materi gelap, termasuk partikel materi gelap ultraringan. Dalam preprint mereka, tim Schumm menulis bahwa sensitivitas transisi thorium-229 membuat batas pengukuran mereka bersaing dengan jam atom terbaik dalam hal kopling materi gelap ke foton, sekaligus melampaui pengukuran sebelumnya untuk kopling ke gaya kuat dan quark.
Dengan dua studi independen yang sama-sama menunjukkan kemajuan nyata, jam nuklir tidak lagi sekadar ide di atas kertas. Teknologi ini mulai memasuki tahap yang bisa mengubah cara manusia mengukur waktu dan membuka jalur baru untuk menyelidiki misteri dasar dalam fisika modern.
