Dünyanın En Doğru Saati Üretildi

Singapur Ulusal Üniversitesi'nde yer alan Kuantum Teknolojileri Merkezi, lutesyum elementini kullanarak atom saatinin zaman ölçümünde yeni bir ölçüt geliştirdi.

Nature dergisinde yayımlanan araştırma sonuçları, bu saatin geçiş frekansını 19 ondalık basamağa kadar ölçebildiğini ve belirsizlik oranını 1 × 10 üzeri eksi 19 olarak belirlediğini ortaya koydu. Bu değer, optik atom saatleri arasında şimdiye kadar bildirilen en düşük seviye olarak kaydedildi.

Merkezdeki baş araştırmacı, mevcut saatlerinin dünyanın en hassas atom saati olduğuna inandıklarını ifade etti. Atom saatleri, bir atomun elektronunun sabit bir frekansta enerji seviyelerini değiştirdiği atomik geçiş olayı ile zamanı ölçmektedir.

Bu saatte lazer, atom geçişiyle uyumlu bir şekilde ayarlanarak ışık salınımları, zamanın ölçülmesi için referans oluşturuyor. CQT'nin geliştirdiği saatte ise bu referans, 848 nanometre dalga boyuna sahip bir lazerle eşleşen lutesyum-176'nın elektrik yüklü bir atomundan elde ediliyor.

Sıcaklık değişimleri ve manyetik alanlar, atom saatlerinin zaman ölçümünü etkileyebilir. Bu nedenle, araştırmacılar saatin doğruluğunu değerlendirirken bu etkenleri göz önünde bulundurmak zorunda kalıyor. Lutesyum atomunun geçişi, bu tür dış etkenlerden neredeyse hiç etkilenmiyor; bu da saatin daha fazla koşul altında sabit kalmasına yardımcı oluyor.

Araştırmacılar, bu özelliklerin lutesyum saatinin farklı ortamlarda bile yüksek doğrulukla çalışabileceğini düşündüğünü belirtti. Lutesyum saatinin, dünyanın en sıcak yeri olan Ölüm Vadisi'nden en soğuk yerlerinden biri olan Antarktika'ya kadar sabit kalabileceği ifade ediliyor.

Ekip, lutesyumu on yılı aşkın bir süre boyunca araştırarak bu olasılığı gerçekleştirmeyi başardı. Çalışmalar, hassas mühendislik ve atomun özelliklerinin detaylı ölçümlerini gerektirdi. Ayrıca, saat geçişini tanımlamak için yeni bir yöntem geliştirdiler.

İki lutesyum saati üreterek, 200 saat boyunca işleyişlerini karşılaştırdılar ve bu saatler arasındaki belirsizlik oranı 5,7 × 10⁻¹⁹ olarak tespit edildi. Bu, daha önceki en hassas saat karşılaştırması olarak kayıtlara geçti. Yapılan ek ölçümlerin bu belirsizliği daha da azaltabileceği vurgulandı.

CQT'deki kıdemli araştırmacı, saati olan birinin saatin kaç olduğunu bildiğini, ancak iki saati olan bir kişinin asla emin olamayacağını belirterek, saatlerin doğruluğunu test etmenin en iyi yolunun onları karşılaştırmak olduğunu söyledi.

Yerçekimi, zamanı etkileyerek farklı yüksekliklerdeki saatlerin farklı hızlarda çalışmasına sebep oluyor. 10⁻¹⁹ seviyesindeki optik atom saatleri, bu etkiyi milimetre mertebesindeki yükseklik farklarında algılayabiliyor. CQT'nin yaptığı karşılaştırma, aynı masada bulunan saatler arasındaki 5 milimetrelik yükseklik farkını çözebiliyor.

Araştırmacılar, bu hassasiyeti artırmak için iki lutesyum atomunun bağıl yüksekliklerini bir milimetrenin altında ölçerek bu sorunu aşmaya çalıştılar. Yerçekimine olan bu duyarlılık, lutesyum saatinin diğer atom saatleri ile karşılaştırılmasını zorlaştırıyor.

Gelecekte bu saatin nasıl geliştirileceğine dair belirsizlikler olduğunu belirten araştırmacı, sezyum atomlarının 1960'lardan itibaren saniyeyi tanımlamak için kullanıldığını ve sezyum atom saatlerinin küresel konumlama sistemine destek sağladığını vurguladı.

Optik saatler, daha yüksek geçiş frekansları kullanarak zamanı daha doğru ölçme imkanı sunuyor. Önceki rekorlar, iterbiyum, stronsiyum ve alüminyum ile elde edilmişti. CQT ekibi, lutesyum saatinin bu elementlerin performansını geride bıraktığını açıkladı.

Gelişen bu teknolojilerle, zaman standartlarından sorumlu uluslararası kuruluş, 2030 veya sonrasında beklenen saniyenin yeniden tanımlanmasını değerlendiriyor.

Saatlerin yerçekimine karşı duyarlılığı, laboratuvar dışındaki uygulamalarda da fayda sağlayacak. Daha hassas saatler, temel fizik alanındaki çözülmemiş soruları inceleme fırsatı sunacaktır.

Ekipteki bir doktora öğrencisi, bir sonraki adımın laboratuvar ölçekli saati taşınabilir bir sistem haline getirmek olduğunu belirtti. Saati laboratuvar dışına çıkararak yeni karşılaştırmalara olanak tanımak ve araştırmalara katkıda bulunmak mümkün olacaktır. Ekip, saati doğruluğundan ödün vermeden daha küçük bir hale getirebileceklerini düşünüyor.