Amerika Birleşik Devletleri’nde Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) tarafından geliştirilen yeni optik atom saati, zaman ölçümünde bugüne kadar ulaşılan en hassas seviyeyi ortaya koydu. Araştırmacılar, tek bir alüminyum iyonu üzerine inşa edilen bu özel sistemin evrenin ömründen daha uzun sürede bir saniye ileri ya da geri kayabileceğini ifade ediyor. Saatin geliştirilmesi 20 yıl süren kapsamlı bir çalışmanın ürünü oldu.
Alüminyum ve Magnezyum İyonları Ölçümde Birlikte Kullanıldı
Uzmanlar, yıllar boyunca lazer sistemlerini, iyon tuzaklarını ve vakum odalarını geliştirdi. Yapılan yenilikler, saatin yalnızca doğruluğunu artırmadı aynı zamanda ölçüm kararlılığını da eş değer seviyede iyileştirdi. Bu başarı, zamanın yeniden tanımlanması gibi önemli bilimsel adımlar için sağlam bir temel oluşturdu.
Saatin merkezinde ²⁷Al⁺ iyonu bulunuyor. Alüminyum iyonunun “tik” adı verilen titreşimleri oldukça sabit olduğu için zaman ölçümünde benzersiz bir avantaj sağlıyor. Ancak bu iyon lazerle kontrol edilmesi zor bir yapıya sahip. Araştırmacılar bu sorunu çözmek için ²⁵Mg⁺ iyonunu sisteme ekledi. Magnezyum iyonu, alüminyum iyonunu soğutarak sabit tutuyor ve ölçüm yapılmasını kolaylaştırıyor.
JILA laboratuvarındaki kriyojenik silisyum boşluğundan 3.6 kilometrelik fiber bağlantıyla sağlanan lazer kararlılığı da sisteme aktarıldı. Böylece önceki nesil alüminyum iyon saatlerine göre üç kat daha düşük dalgalanma elde edildi. Bu yöntem, saatin ölçüm gücünü önemli ölçüde artırdı.
Ekip, iyonların hareketlerini azaltmak için yeni bir tuzak sistemi tasarladı. Elektrotların yüzeyindeki elektriksel dengesizlikler altın kaplamanın yeniden düzenlenmesiyle giderildi. Ayrıca elmas tabaka kalınlaştırıldı. Titanyumdan üretilen yeni vakum odası hidrojen gazı etkisini 150 kat azalttı. Bu sayede saat günler boyunca yeniden yükleme yapılmadan çalıştırılabildi.
Araştırmacılar, geliştirdikleri yeni sistemle 36 saatte 19 basamaklı hassasiyet seviyesine ulaştı. Önceki nesil saatlerde aynı seviyeye ulaşmak için üç hafta boyunca kesintisiz ölçüm yapılması gerekiyordu. Bu durum, yeni saatin yalnızca daha doğru değil aynı zamanda daha verimli olduğunu da gösteriyor.
kuantum mantık spektroskopisi kullanılarak okunabilir.NIST ekibi, optik saat teknolojisinin gelecekte farklı yönlerde genişletilebileceğini belirtiyor. Araştırmacılar, birden fazla iyonun birlikte çalıştırılabileceği ya da iyonların kuantum dolaşıklığına dayalı saatlerin geliştirilebileceğini öngörüyor. Böyle sistemler, zaman ölçümünde hassasiyeti daha ileriye taşıyabilir.
Bu gelişmenin yalnızca saat bilimi için değil aynı zamanda fizik ve yer bilimi araştırmaları için de önem taşıdığı ifade ediliyor. Daha hassas saatler, Dünya’nın kütle dağılımındaki küçük değişimlerin ölçülmesinde, yer kabuğundaki hareketlerin izlenmesinde ve evrenin temel sabitlerinin gerçekten sabit olup olmadığının anlaşılmasında kullanılabilecek.
