Singapur Ulusal Üniversitesi (NUS) Kuantum Teknolojileri Merkezi (CQT) araştırmacıları, lutesyum elementini kullanarak geliştirdikleri atom saati ile zaman tutma doğruluğunda tarihi bir rekora imza attı. Dünyaca ünlü Nature dergisinde yayımlanan araştırma sonuçları, saatin geçiş frekansını 19 ondalık basamağa kadar ölçebildiğini ve $1 \times 10^{-19}$ seviyesinde rakipsiz bir belirsizlik sağladığını ortaya koydu. Bu oran, bugüne kadar herhangi bir optik atom saati için kaydedilen en yüksek doğruluk değeri oldu.

CQT Baş Araştırmacısı ve NUS Fizik Bölümü Doçenti Murray Barrett, mevcut saatin gezegendeki en hassas zaman ölçüm cihazı olduğunu vurgularken, geliştirilen lutesyum saatinin gelecekteki zaman standartları ve hassas yerçekimi ölçümleri için en güçlü aday haline geldiği bildirildi.

ÖLÜM VADİSİ'NDEN ANTARKTİKA'YA DİRENÇLİ: LUTESYUMUN SICAKLIK VE MANYETİK ÜSTÜNLÜĞÜ

Atom saatleri, atomik elektronların sabit frekansta enerji seviyesi değiştirmesi esasına dayanarak zamanı ölçüyor. CQT ekibinin tasarladığı sistemde zaman referansı, 848 nanometre dalga boyuna sahip bir lazerle eşleşen tek bir lutesyum-176 iyonundan alınıyor.

Sıcaklık dalgalanmaları ve manyetik alanlar geleneksel atom saatlerinin hassasiyetini etkilerken, lutesyum atomunun bu dış etkenlerden neredeyse hiç etkilenmediği saptandı. Lutesyum saatinin Ölüm Vadisi'nin kavurucu sıcaklarından Antarktika'nın dondurucu ortamına kadar her koşulda milisaniyelik sapma dahi yaşamadan sabit kalabildiği ifade edildi. Ekip, saati bu seviyeye getirmek için 10 yılı aşkın süredir "aşırı ince ortalama" adı verilen özel bir yöntem üzerinde çalışıyordu.

MİLİMETRELİK FARK ZAMANIN AKIŞINI DEĞİŞTİRİYOR: BİLİM TARİHİNİN EN HASSAS MUKAYESESİ

Araştırmacılar, geliştirdikleri iki ayrı lutesyum saatini "korelasyon spektroskopisi" yöntemiyle 200 saat boyunca kesintisiz karşılaştırdı. İki saat arasındaki uyum $5,7 \times 10^{-19}$ belirsizlik seviyesinde gerçekleşerek literatüre geçen en hassas saat mukayesesi oldu.

Genel Görelilik Kuramı gereği yerçekimi zamanın akışını yavaşlattığı için farklı yüksekliklerdeki saatler farklı hızlarda çalışıyor. $10^{-19}$ seviyesindeki bu doğruluk, aynı çalışma masası üzerinde duran iki lutesyum iyonu arasındaki 5 milimetrelik yükseklik farkını bile algılayabiliyor. Araştırmacılar, yerçekiminin zaman üzerindeki bu mikro etkisini kontrol altında tutabilmek için iyonların yüksekliklerini bir milimetrenin altında hassasiyetle ölçmek zorunda kaldı.

SEZYUM SANİYESİNİN ÖTESİ: 2030'DA SANİYE YENİDEN TANIMLANABİLİR

1960'lardan bu yana küresel konumlama (GPS), iletişim ve ulaşım ağlarının senkronizasyonunda sezyum atom saatleri referans alınırken, yeni nesil optik saatler çok daha yüksek frekanslar sunarak zamanı mükemmel netlikte ölçüyor. İterbiyum, stronsiyum ve alüminyum gibi rakiplerini geride bırakan lutesyum saatinin, uluslararası zaman standartları kuruluşlarının 2030 ve sonrasında saniyeyi yeniden tanımlama kararlarında belirleyici rol oynaması bekleniyor.

Makalenin ortak yazarlarından Michael Lee, bir sonraki hedeflerinin laboratuvar ölçeğindeki bu saati performansından ödün vermeden taşınabilir küçük bir sisteme dönüştürmek olduğunu açıkladı. Taşınabilir lutesyum saatleri, laboratuvar dışına çıkarılarak Dünya genelindeki kütle ve yerçekimi değişimlerinin haritalandırılmasında ve temel fizikteki yanıtlanmamış sırların çözülmesinde kullanılacak.