Lutesyum tabanlı yeni atom saati, 19 ondalık basamağa ulaşan doğruluk seviyesiyle zaman ölçümünde ve yerçekimi haritalamasında standartları yeniden tanımlıyor. Nature dergisinde paylaşılan bulgular, bu teknolojinin mevcut optik saatleri geride bıraktığını ve gelecekteki metrik sistemler için kritik bir aday olduğunu ortaya koyuyor.
Singapur Ulusal Üniversitesi Kuantum Teknolojileri Merkezi araştırmacıları, lutesyum elementini kullanarak zaman tutmada yeni bir rekor kırdı. Nature dergisinde yayımlanan çalışma, saatin geçiş frekansını 19 ondalık basamağa kadar ölçebildiğini ve 10 üzeri eksi 19 düzeyinde bir belirsizlik payı sunduğunu kanıtladı. Bu performans, bugüne kadar optik atom saatleri için kaydedilen en düşük hata oranı olarak tarihe geçti.
CQT Baş Araştırmacısı ve NUS Fizik Bölümü Doçenti Murray Barrett, mevcut sistemlerinin dünyanın en hassas saati olduğuna kesinlikle inandığını vurguladı. Atom saatleri, elektronların enerji seviyeleri arasında geçiş yaptığı anlarda ortaya çıkan atomik olaylara kilitlenerek çalışır. Bu sistemde lazer, bu geçişle eşleşecek şekilde ayarlanır ve ışık salınımları, bir sarkacın ritmi gibi zamanı işaret eder. NUS'teki saat, 848 nanometre dalga boyuna sahip bir lazerle senkronize edilen lutesyum-176 iyonundan beslenmektedir.
Sıcaklık dalgalanmaları ve manyetik alanlar, atomik saatlerin frekansını bozabilir; ancak lutesyumun saat geçişi bu dış etkenlerden neredeyse tamamen bağımsızdır. Bu sayede saat, ekstrem koşullarda bile stabilitesini koruyabilir. Barrett, Ölüm Vadisi'ndeki aşırı sıcaklardan Antarktika'nın soğuk platolarına kadar her yerde yüksek doğrulukta çalışabileceğini belirtti. Lutesyumun bu potansiyeli nedeniyle ekip, on yılı aşkın süredir üzerinde çalışıyor ve sürecin yıllar süren hassas mühendislik gerektirdiğini aktardı.
Ekip, saat geçişini tanımlamak için 'aşırı ince ortalama' adını verdikleri özel bir yöntem geliştirdi ve bu alanda lutesyum kullanan tek grup konumundadır. Doğruluğu test etmek amacıyla iki ayrı lutesyum saati üretildi ve 200 saat boyunca korelasyon spektroskopisi tekniğiyle karşılaştırıldı. Saatler, 5,7 × 10⁻¹⁹ belirsizlik payı içinde mükemmel bir uyum gösterdi; bu, literatürde bildirilen en hassas saat karşılaştırması olarak öne çıkıyor. Ortak başyazar Kyle Arnold, bir saatin saatini bilse de iki saatin karşılaştırılmasının doğruluğu teyit etmenin tek yolu olduğunu vurguladı.
Yerçekimi, zamanın akışını yavaşlatarak farklı yüksekliklerdeki saatlerde sapmalara neden olur. 10⁻¹⁹ hassasiyetinde çalışan bu optik saatler, yalnızca milimetrik yükseklik farklarını algılayabilir. NUS ekibi, aynı masadaki saatler arasındaki 5 milimetrelık farkı bile gözeterek iki iyonun bağıl yüksekliklerini milimetrenin altında ölçerek bu etkiyi minimize etti. Bu hassasiyet, Dünya üzerindeki farklı konumlardaki saatlerin performansını karşılaştırmayı zorlaştırsalar da, lutesyum saatinin diğer optik saatlerle rekabetinde güçlü bir avantaj sağlıyor.
Geleneksel sezyum saatlerinin aksine, optik saatler çok daha yüksek frekanslarda salınım yaparak zamanı daha net ölçer. Daha önce rekoru elinde tutan iterbiyum, stronsiyum ve alüminyum tabanlı saatlerin performansını aşan lutesyum saati, 2030 sonrası için planlanan saniyenin yeniden tanımlanması çalışmalarında önemli bir rol üstlenebilir. Ayrıca bu teknoloji, yerçekimi haritalaması ve temel fizik sorularının çözümünde de kullanılacak. Doktora öğrencisi Michael Lee, bir sonraki adımın bu hassasiyeti koruyarak saatin taşınabilir bir sisteme dönüştürülmesi olduğunu belirtti.
Laboratuvar dışına çıkacak bu sistem, araştırmacılara Dünya genelindeki yerçekimi değişimlerini izleme imkânı verecek ve yeni bilimsel uygulamaların kapısını aralayacak. Ekip, mevcut doğruluk seviyesinden taviz vermeden cihazı küçültebileceklerine inanıyor ve bu sayede saatin çeşitli saha çalışmalarında kullanılabileceğini öngörüyor.
