Dünyanın en hassas saati, artık ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) laboratuvarlarında bulunuyor. Araştırmacılar, inanılmaz bir doğrulukla vakti ölçen yeni bir optik atom saati geliştirdi.
Bu saat, sadece bir alüminyum iyonu kullanarak çalışıyor ve kesirli frekans meçhullüğü 5,5 × 10⁻¹⁹ üzere son derece düşük bir kıymete sahip. Bu, saatin bir saniye ileri ya da geri kayması için kozmosun mevcut yaşından daha uzun bir müddet geçmesi gerektiği manasına geliyor. Ayrıyeten, sahip olduğu 3,5 × 10⁻¹⁶ / √τ saniye kesirli frekans kararlılığı sayesinde, bu saat, şimdiye kadar geliştirilmiş öteki tüm iyon saatlerine nazaran 2,6 kat daha stabil çalışıyor.
Optik saatler, doğruluk ve kararlılık üzere iki ana ölçüte nazaran bedellendiriliyor. Doğruluk, saatin ölçtüğü vaktin gerçek vakte ne kadar yakın olduğunu söz ederken, kararlılık, saatin ne kadar dengeli ve tekrarlanabilir çalıştığını gösteriyor. NIST’in geliştirdiği alüminyum iyon saati, lazer, iyon tuzağı ve vakum odası üzere bileşenlerdeki yıllar süren iyileştirmelerin bir sonucu olarak bu eşsiz başarıyı elde etti. Çalışmanın baş muharriri ve NIST araştırmacısı Mason Marshall, “Şimdiye kadar yapılmış en hassas saat üzerinde çalışmak hakikaten heyecan verici” diyor.
Bu saatin çalışması için, sırf bir ²⁷Al+ alüminyum iyonu ve ona yardımcı olan bir ²⁵Mg+ magnezyum iyonu kullanılıyor. Alüminyum iyonu vakit tutma konusunda harika bir seçenek olmasına karşın, lazerle denetimi güç olduğu için bu alüminyum iyonunun fonksiyonelliği, magnezyum iyonu tarafından destekleniyor. Magnezyum, alüminyum iyonunun soğutulmasını sağlar ve onun kuantum durumunu hakikat halde okumaya yardımcı olur. Alüminyum iyonunun vakit ölçümleri, sıcaklık ve manyetik alan üzere faktörlerden epey az etkileniyor, bu da onu vakit ölçümü için ülkü hale getiriyor.
Geliştirilen bu saatte yapılan iyileştirmelerden en kıymetlisi, Rabi prob mühletinin 1 saniyeye çıkarılması oldu. Bu, Jun Ye’nin laboratuvarında bulunan kriyojenik silikon rezonatörün lazer kararlılığının 3,6 kilometrelik fiber optik çizgiyle NIST laboratuvarına aktarılması sayesinde mümkün hale geldi. Böylelikle, evvelki alüminyum iyon saatlerine nazaran kararsızlık üç kat azaltıldı.
Ekip ayrıyeten, iyon tuzağını yine tasarlayarak, zamanlama kusurlarına yol açan mikroskobik hareketleri minimize etti. Elmas levhalar kullanılarak tuzak daha stabil hale getirildi, elektrotlardaki elektriksel dengesizlikler altın kaplamalarla giderildi. Ayrıyeten, vakum odası titanyumdan tekrar inşa edilerek, art plandaki hidrojen gazı 150 kat azaltıldı. Bu değişiklikler, saatin çok daha uzun mühlet boyunca çalışabilmesini sağladı, böylelikle iyonların tekrar yüklenmesine gerek kalmadan günlerce çalışabiliyor.
Bu iyileştirmeler, saatin 19 basamağa kadar hassasiyetle 36 saatte ulaşabilmesini sağladı. Daha evvelki versiyonlar, tıpkı doğruluğa ulaşabilmek için yaklaşık üç hafta müddetine muhtaçlık duyuyordu.
Bu harika gelişmeler, bir saniyenin çok daha hassas bir biçimde tanımlanmasını mümkün kılabilir. Bunun yanı sıra, kozmostaki tabiat sabitlerinin gerçek manada ne kadar sabit olduğunu test etmek üzere kıymetli temel fizikî araştırmalar için de yeni fırsatlar yaratılabilir.
