Dünyanın en hassas saati, artık ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) laboratuvarlarında bulunuyor. Araştırmacılar, inanılmaz bir doğrulukla zamanı ölçen yeni bir optik atom saati geliştirdi.
Bu saat, yalnızca bir alüminyum iyonu kullanarak çalışıyor ve kesirli frekans belirsizliği 5,5 × 10⁻¹⁹ gibi son derece düşük bir değere sahip. Bu, saatin bir saniye ileri ya da geri kayması için evrenin mevcut yaşından daha uzun bir süre geçmesi gerektiği anlamına geliyor. Ayrıca, sahip olduğu 3,5 × 10⁻¹⁶ / √τ saniye kesirli frekans kararlılığı sayesinde, bu saat, şimdiye kadar geliştirilmiş diğer tüm iyon saatlerine göre 2,6 kat daha stabil çalışıyor.
Optik saatler, doğruluk ve kararlılık gibi iki ana ölçüte göre değerlendiriliyor. Doğruluk, saatin ölçtüğü zamanın gerçek zamana ne kadar yakın olduğunu ifade ederken, kararlılık, saatin ne kadar tutarlı ve tekrarlanabilir çalıştığını gösteriyor. NIST’in geliştirdiği alüminyum iyon saati, lazer, iyon tuzağı ve vakum odası gibi bileşenlerdeki yıllar süren iyileştirmelerin bir sonucu olarak bu eşsiz başarıyı elde etti. Çalışmanın baş yazarı ve NIST araştırmacısı Mason Marshall, “Şimdiye kadar yapılmış en hassas saat üzerinde çalışmak gerçekten heyecan verici” diyor.
Bu saatin çalışması için, yalnızca bir ²⁷Al+ alüminyum iyonu ve ona yardımcı olan bir ²⁵Mg+ magnezyum iyonu kullanılıyor. Alüminyum iyonu zaman tutma konusunda mükemmel bir seçenek olmasına rağmen, lazerle kontrolü zor olduğu için bu alüminyum iyonunun işlevselliği, magnezyum iyonu tarafından destekleniyor. Magnezyum, alüminyum iyonunun soğutulmasını sağlar ve onun kuantum durumunu doğru şekilde okumaya yardımcı olur. Alüminyum iyonunun zaman ölçümleri, sıcaklık ve manyetik alan gibi faktörlerden oldukça az etkileniyor, bu da onu zaman ölçümü için ideal hale getiriyor.
Geliştirilen bu saatte yapılan iyileştirmelerden en önemlisi, Rabi prob süresinin 1 saniyeye çıkarılması oldu. Bu, Jun Ye’nin laboratuvarında bulunan kriyojenik silikon rezonatörün lazer kararlılığının 3,6 kilometrelik fiber optik hatla NIST laboratuvarına aktarılması sayesinde mümkün hale geldi. Böylece, önceki alüminyum iyon saatlerine göre kararsızlık üç kat azaltıldı.
Ekip ayrıca, iyon tuzağını yeniden tasarlayarak, zamanlama hatalarına yol açan mikroskobik hareketleri minimize etti. Elmas levhalar kullanılarak tuzak daha stabil hale getirildi, elektrotlardaki elektriksel dengesizlikler altın kaplamalarla giderildi. Ayrıca, vakum odası titanyumdan yeniden inşa edilerek, arka plandaki hidrojen gazı 150 kat azaltıldı. Bu değişiklikler, saatin çok daha uzun süre boyunca çalışabilmesini sağladı, böylece iyonların yeniden yüklenmesine gerek kalmadan günlerce çalışabiliyor.
Bu iyileştirmeler, saatin 19 basamağa kadar hassasiyetle 36 saatte ulaşabilmesini sağladı. Daha önceki versiyonlar, aynı doğruluğa ulaşabilmek için yaklaşık üç hafta süresine ihtiyaç duyuyordu.
Bu olağanüstü gelişmeler, bir saniyenin çok daha hassas bir şekilde tanımlanmasını mümkün kılabilir. Bunun yanı sıra, evrendeki doğa sabitlerinin gerçek anlamda ne kadar sabit olduğunu test etmek gibi önemli temel fiziksel araştırmalar için de yeni fırsatlar yaratılabilir.
