Bayangkan kondisi dimana Anda terlambat datang ke sebuah pertemuan selama sekitar sepermilyar detik. Simulasi tersebut mungkin akan terjadi di suatu hari nanti. Walau saat ini belum ada jam atau alat ukur waktu yang dapat menampilkannya.
 
Berkat tim peneliti dari Universitas Wisconsin - Madison memungkingkan simulasi tersebut menjadi nyata. Tim peneliti yang terdiri dari beberapa fisikawan berhasil membuat satu-satunya jam atom dengan kinerja tertinggi di muka bumi.

Menurut mereka penemuan jam atom merupakan anugerah ilmiah yang memungkinkan pencarian gelombang gravitasi, atau mendeteksi materi gelap. Harapannya dapat menemukan teori-teori fisika baru melalui jam atom tersebut.
 
Perangkat luar biasa tersebut bernama jam atom kisi optik. akurasi dan presisinya dapat mengukur hilangnya satu detik setiap 300 miliar tahun. Acuan jam atom optik tersebut berasal dari 6  jam terpisah yang ada di  bumi (multipleks).
 
Mengutip pernyataan Shimon Kolkowitz, profesor fisika Universitas Wisconsin, dan sekaligus senior dalam tim peneliti.

“Jam kisi optik menjadi jam terbaik di dunia. Di sini kami mendapat tingkat kinerja yang belum pernah dilihat siapapun sebelumnya. Kami juga sedang bekerja untuk meningkatkan kinerjanya sampai batas maksimal.”

Penerapan teknik di balik jam atom yang optimal

Apa yang membuat jam atom begitu presisi?. Hal ini dapat terlihat ketika tingkat energi elektron berfluktuasi yang menyebabkan elektron-elektron bereaksi dengan menyerap atau memancarkan cahaya dengan frekuensi yang sama.

Jam atom optik menjaga ketepatan waktu dengan memanfaatkan laser yang disetel sesuai dengan frekuensi yang tepat. Ini adalah proses yang sangat rumit yang membutuhkan laser paling canggih di dunia.

Jam atom multipleks memungkinkan atom stronsium dipisahkan menjadi beberapa jam yang diatur dalam garis satu ruang vakum. Dengan satu jam atom, laser hanya mampu menarik elektron dalam jumlah atom yang sama selama sepersepuluh detik.

Tetapi, ketika laser yang sama diarahkan ke dua jam di dalam ruangan secara bersamaa, jumlah atom dengan elektron tereksitasi tetap sama di antara dua jam selama 26 detik! Artinya mereka dapat menjalankan eksperimen yang berarti lebih lama dari pada laser "buruk" mereka yang biasanya difasilitasi dengan jam optik biasa.

Selanjutnya, para peneliti ingin memastikan ketepatan dapat mengukur perbedaan di antara jam-jam tersebut. Untuk referensi, dua kelompok atom yang beroperasi dalam lingkungan yang sedikit berbeda berdetak pada tingkat yang sedikit berbeda tergantung faktor (gravitasi, medan magnet, dan lain-lain).

Jam atom memecahkan rekor dunia

Penemuan ini akan memecahkan rekor dunia yang berkaitan dengan perbedaan frekuensi yang paling tepat secara keseluruhan. Jika bukan karena penelitian lain yang diterbitkan dalam edisi yang sama dari Nature.

Proyek yang dipimpin oleh JILA (lembaga penelitian di Colorado), mendeteksi perbedaan frekuensi antara bagian atas dan bawah awan atom yang tersebar kira-kira 10 kali lebih akurat dari tim peneliti pimpinan professor Shimon Kolkowitz.

Hasil kelompok JILA dikumpulkan pada jarak satu milimeter. Hal ini juga mewakili jarak terpendek yang pernah diuji teori relativitas umum Albert Einstein melalui jam. Tim Prof Kolkowitz ingin melakukan pekerjaan serupa dalam waktu dekat.

“Hal yang menakjubkan adalah bahwa kami menunjukkan kinerja yang sama dengan grup JILA walau faktanya kami menggunakan laser yang lebih buruk,” komentar Prof. Kolkowitz.

Tulisan ini bersumber pada jurnal yang telah diterbitkan di Nature.com