Lutesyum atomu zaman ölçümünde yeni rekor getirdi
Singapur Ulusal Üniversitesi Kuantum Teknolojileri Merkezi'nde (CQT) geliştirilen lutesyum tabanlı optik atom saati, zaman ölçümünde şimdiye kadar ulaşılan en yüksek hassasiyet seviyelerinden birini ortaya koydu.
Nature dergisinde yayımlanan araştırmaya göre saat, geçiş frekansını 19 ondalık basamağa kadar ölçerken ölçüm belirsizliği 1 × 10⁻¹⁹ seviyesine ulaştı. Araştırmacılar bu değerin bugüne kadar bir optik atom saati için bildirilen en düşük belirsizlik olduğunu belirtiyor.
Lutesyum sıcaklık ve manyetik alan değişimlerine dirençli
Atom saatleri, belirli bir enerji seviyesindeki atomik geçişi son derece hassas bir lazerle eşleştirerek zamanı ölçüyor. CQT'nin geliştirdiği sistemde referans olarak lutesyum-176'nın tek bir yüklü atomu, yani iyonu kullanılıyor.
Lutesyumun önemli avantajlarından biri, sıcaklık değişiklikleri ve manyetik alanların saat geçişi üzerindeki etkisinin oldukça düşük olması. Bu özellik, saatin farklı çevresel koşullarda daha kararlı çalışmasına yardımcı oluyor.
Araştırmacılar, bu nedenle lutesyumun sıcaklık ve manyetik alan açısından farklı ortamlarda yüksek hassasiyetli zaman ölçümü için güçlü bir aday olduğunu belirtiyor.
İki saat 200 saat boyunca karşılaştırıldı
Ekip, geliştirdiği iki lutesyum saatini yaklaşık 200 saat boyunca karşılaştırdı. Korelasyon spektroskopisi kullanılan deneylerde iki saat arasındaki uyum 5,7 × 10⁻¹⁹ belirsizlik seviyesinde ölçüldü.
Bu sonuç, iki atom saatinin birbirleriyle karşılaştırılmasında ulaşılan en hassas ölçümlerden biri olarak kayda geçti. Daha uzun ölçümlerin belirsizliği daha da azaltabileceği ifade edildi.
Milimetrelik yükseklik farkı bile ölçülebiliyor
Atom saatlerinin ulaştığı hassasiyet, yerçekiminin zaman üzerindeki etkisini de ölçülebilir hale getiriyor. Genel göreliliğe göre daha güçlü yerçekimi alanında zaman çok az daha yavaş ilerliyor.
10⁻¹⁹ seviyesindeki optik atom saatleri, yalnızca milimetrelerle ölçülen yükseklik farklarının oluşturduğu zaman değişimlerini algılayabilecek hassasiyete ulaşabiliyor.
CQT ekibinin geliştirdiği sistem, aynı masa üzerinde bulunan saatler arasında yaklaşık 5 milimetrelik yükseklik farkını ayırt edebildi. Araştırmacılar, iki iyonun yüksekliklerini ayrıca bir milimetrenin altında bir hassasiyetle belirleyerek bu etkinin ölçümleri sınırlamasını önlemeye çalıştı.
Saniyenin tanımı değişebilir
Günümüzde Uluslararası Birim Sistemi'ndeki saniye, sezyum atomunun belirli bir geçiş frekansına dayanıyor. Ancak optik atom saatleri, sezyum saatlerinden çok daha yüksek frekanslarda çalıştığı için zamanı daha hassas biçimde ölçebiliyor.
İterbiyum, stronsiyum ve alüminyum kullanan farklı optik saatler de son yıllarda önemli doğruluk seviyelerine ulaştı. Lutesyum saatiyle elde edilen sonuçların, gelecekte saniyenin yeniden tanımlanmasına yönelik çalışmalara katkı sağlayabileceği belirtiliyor.
Yerçekimi haritaları ve temel fizik için kullanılabilir
Bu kadar hassas saatler yalnızca zamanı ölçmek için kullanılmayabilir. Yerçekimindeki çok küçük değişimleri algılayabilmeleri sayesinde Dünya'nın farklı bölgelerindeki jeofizik değişimlerin izlenmesine katkı sağlayabilirler.
Ayrıca daha hassas zaman ölçümleri, temel fizik alanındaki bazı soruların araştırılmasına da olanak tanıyabilir.
Hedef laboratuvar saatini taşınabilir hale getirmek
CQT araştırmacıları için bir sonraki hedef, laboratuvar ortamında çalışan sistemi daha küçük ve taşınabilir hale getirmek. Ekip, hassasiyetten önemli ölçüde ödün vermeden saatin boyutunun küçültülebileceğini öngörüyor.
Taşınabilir hale gelen bir lutesyum saatinin farklı konumlarda karşılaştırılabilmesi, hem yeni zaman ölçümlerinin hem de yerçekimi temelli araştırmaların önünü açabilir.
