Jam nuklir mulai menunjukkan kemajuan yang sebelumnya hanya ada di atas kertas. Dua studi independen yang diunggah sebagai preprint melaporkan perangkat penentu waktu yang andal berbasis osilasi inti thorium-229, sehingga konsep jam nuklir kini masuk ke tahap yang jauh lebih konkret.
Keunggulan utamanya terletak pada inti atom, bukan elektron seperti pada jam atom. Karena inti jauh lebih kecil dan lebih tahan terhadap gangguan luar, jam nuklir dipandang punya peluang menghasilkan presisi yang lebih tinggi daripada sistem berbasis atom yang selama ini menjadi standar.
Dari Jam Atom ke Jam Nuklir
Selama hampir 80 tahun, atom menjadi fondasi pengukuran waktu paling presisi. Jam atom pertama kali dibangun oleh U.S. National Bureau of Standards, yang kini dikenal sebagai National Institute of Standards and Technology atau NIST, lalu terus disempurnakan oleh para peneliti di berbagai lembaga.
Perkembangan itu melahirkan jam yang semakin teliti, termasuk jam ion aluminium yang mampu mengukur waktu sampai titik desimal ke-19. Namun, gagasan untuk melangkah lebih jauh sudah muncul sejak 2003, ketika fisikawan Ekkehard Peik dan Christian Tamm dari Physikalisch-Technische Bundesanstalt mengusulkan inti atom sebagai platform pengukuran waktu yang lebih akurat.
Thorium-229 Jadi Titik Balik
Hambatan terbesar selama ini ada pada kebutuhan energi untuk memindahkan inti atom dari satu keadaan ke keadaan lain. Hampir semua inti memerlukan energi yang terlalu besar untuk dijangkau laser, kecuali thorium-229 yang memiliki dua keadaan dengan energi yang sangat berdekatan.
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 stabil sebagai alat pengukur waktu yang andal.
Thorston Schumm dari TU Wien, salah satu penulis studi 2024, menyebut tujuan awal mereka adalah mengembangkan teknologi baru. Ia juga mengatakan bahwa peningkatan kualitas akan mengikuti setelah konsep dasarnya berhasil dibuat, dan tim memperkirakan jam nuklir akan melampaui jam atom terbaik dalam 2-3 tahun.
Stabilisasi Laser Jadi Kunci Baru
Dua studi terbaru itu menunjukkan langkah yang kini mulai mendekatkan target tersebut. Menurut Science News, tim Schumm dan kelompok independen di China menyempurnakan metode untuk menyesuaikan frekuensi laser lewat sistem umpan balik, mirip fungsi bandul pada jam ayun tradisional.
Dalam preprint di arXiv, tim Schumm menjelaskan bahwa laser jam distabilkan pada frekuensi transisi nuklir yang diukur. Sistem itu memakai feedback loop untuk mengoreksi instabilitas sisa atau drift pada rongga laser, sehingga jam nuklir tidak hanya bisa berdetak, tetapi juga menjaga kestabilan.
Lebih dari Sekadar Akurat
Nilai penting jam nuklir tidak berhenti pada presisi waktu. Karena inti terutama dipengaruhi oleh gaya nuklir kuat, perangkat ini dapat menjadi alat yang sangat peka untuk mendeteksi perubahan kecil pada konstanta fundamental yang mengatur kekuatan gaya tersebut.
Perubahan semacam itu juga dapat memberi petunjuk tentang keberadaan 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 untuk kopling materi gelap ke foton, serta 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 konsep teoretis. Teknologi ini mulai memasuki fase yang bisa mengubah cara manusia mengukur waktu sekaligus membuka jalur baru untuk menelusuri salah satu misteri terbesar dalam fisika modern.
