Singapur Ulusal Üniversitesi (NUS) Kuantum Teknolojileri Merkezinde (CQT) lutesyum elementinden üretilen atom saati, zaman tutma doğruluğu için yeni bir ölçüt belirledi. Nature dergisinde yayımlanan sonuçlar, saatin geçiş frekansını 19 ondalık basamağa kadar ölçtüğünü ve 1 × 10⁻¹⁹ belirsizlik sağladığını gösteriyor. Bu oran, bugüne kadar herhangi bir optik atom saati için bildirilen en düşük değer olarak kayıtlara geçti.
ATOM SAATLERİNİN ÇALIŞMA MEKANİZMASI
Atom saatleri, bir atomun elektronu sabit bir frekansta enerji seviyelerini değiştirdiğinde meydana gelen atomik geçişe kilitlenerek zamanı tutuyor. Bir lazer, bu saat geçişiyle eşleşecek şekilde ayarlanıyor. Işık salınımları, tıpkı bir sarkacın sallanması gibi zamanı işaretliyor. CQT saatinde, referans geçişi 848 nanometre dalga boyuna sahip bir lazerle eşleşen lutesyum-176’nın elektrik yüklü tek atomundan ya da iyonundan geliyor.
SICAKLIK VE MANYETİK ALAN ETKİLERİ
Sıcaklık değişiklikleri ve manyetik alanlar, atom saatinin zamanı ölçmek için kullandığı geçiş frekansını değiştirebiliyor. Bu nedenle araştırmacıların saatin doğruluğunu değerlendirirken bu etkileri hesaba katması gerekiyor. Lutesyumun saat geçişi, bu ikisinden de neredeyse hiç etkilenmiyor. Bu durum, saate daha geniş bir koşul yelpazesinde sabit kalan bir referans sağlıyor.
YÜKSEK DOĞRULUKTA ZAMAN TUTMA
Barrett, bu özelliklerin çok çeşitli ortamlarda yüksek doğruluğa ulaşılabileceği anlamına geldiğini belirtti. Lutesyum saati, Dünya üzerindeki en sıcak yer olan Ölüm Vadisi’nden Antarktika platosundaki en soğuk yere kadar sabit kalabiliyor. Ekip, lutesyumu on yıldan uzun bir süre önce araştırmaya başladı. Bu olasılığı çalışan bir saate dönüştürmek, yıllarca süren hassas mühendislik gerektirdi.
SAAT GEÇİŞİNİN TANIMLANMASI
Araştırmacılar, saat geçişini tanımlamak için aşırı ince ortalama adı verilen bir yöntem geliştirdi. Ekip, bilindiği kadarıyla zaman tutma için lutesyumla çalışan tek grup olma özelliğini sürdürüyor. İki lutesyum saati üretilerek korelasyon spektroskopisi adı verilen bir teknikle 200 saat boyunca işleyişleri karşılaştırıldı. Saatler, 5,7 × 10⁻¹⁹ belirsizlik içinde uyum sağladı.
YERÇEKİMİ ETKİLERİ VE ÖLÇÜM DOĞRULUĞU
Yerçekimi, zamanın geçişini yavaşlatarak farklı yüksekliklerdeki saatlerin hızlarının biraz farklı olmasına neden oluyor. 10⁻¹⁹ seviyesinde çalışan optik atom saatleri, bu etkiyi sadece milimetrelik yükseklik farklarında algılayabiliyor. CQT karşılaştırması, aynı masadaki saatler arasındaki 5 milimetrelik farkı çözebiliyor.
SEZYUMUN ÖTESİNDE YENİ STANDARTLAR
Sezyum atomları 1960’lardan bu yana saniyeyi tanımlamak için referans sağlıyor. Sezyum atom saatleri, küresel konumlama sistemini destekliyor. CQT ekibi, lutesyum saatinin bu elementlerin performansını geride bıraktığını bildiriyor. Saatlerin yerçekimine olan duyarlılığı, laboratuvar dışında da araştırmacıların yerçekimi değişikliklerini izlemesine olanak tanıyacak.
GELECEK HEDEFİ: TAŞINABİLİR SİSTEMLER
NUS ekibinde doktora öğrencisi olan Michael Lee, bir sonraki adımın laboratuvar ölçekli saati taşınabilir bir sistem haline getirmek olduğunu söyledi. Ekip, saati doğruluğundan ödün vermeden daha küçük hale getirebileceğini öngörüyor. Bu, yeni karşılaştırmalara olanak tanıyacak ve araştırmacıların uygulamaları keşfetmesine izin verecek.