Bilim insanları, tarihte yapılmış en hassas atom saatini geliştirdi ve bu cihaz, zamanın temel birimi olan “saniye”nin tanıminin yeniden yapılmasına yol açabilir. Ulusal Singapur Üniversitesi’nden araştırmacılar, lütetyum adı verilen bir elementin atomlarının titreşimini kullanarak her mikrosaniyeyi kesin olarak ölçen bu rekor cihazı yakın zamanda ortaya koydu. On dokuz ondalık basamağa kadar doğruluk gösteren saat, önceki rekor sahibinden çok daha hassastır.
Araştırmaların sonuçları 23 Eylül’de Nature adlı bilimsel dergide yayımlandı. Atom saatleri 1950’lerden beri kullanılıyor. İlk atom saatleri, gümüşümsü bir metal olan ve kısa sürede zaman ölçümünün altın standardına dönüşen sezyum elementinin radyoaktif izotoplarıyla üretildi. Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu (BIPM), 1968’de saniye tanımını, sezyum-133’ün yaydığı ışından elde edilen bir tanıma göre güncelledi. Resmen olarak, bir sezyum-133 atomunun 9,19 milyar titreşimi bir saniyeyi işaret ediyor.
Saniye tanımının kökeni ve modern kullanımı
Bu yeni tanımdan önce, bir saniye 1900 güneş yılının uzunluğunun 1/31.556.925’ini oluşturuyordu. Sezyum saatleri, saniyeyi hem bilimsel hem de günlük zaman ölçümünde eşit derecede kullanışlı bir biçime standartlaştırdı. 1960’lardan beri, ytterbium ve strontium gibi diğer radyoaktif metaller atom saatlerinin yapımında kullanılıyor. Günümüzde bu saatler, GPS sistemleri, internet ve askeri teknoloji gibi modern altyapıların temelini oluşturuyor.
Ancak modern ve son derece hassas atom saatlerinin de sınırları var. Örneğin, sıcaklıktaki, manyetik alanlardaki ve yerçekimindeki çok küçük dalgalanmalardan etkileniyorlar. Araştırmacılara göre, yeni geliştirilen bu saat söz konusu sorunların çoğundan büyük ölçüde kaçınıyor.
Bir ultramaraton koşucusu analizi
Sorunu anlamak için hassas zaman ölçümünü bir ultramaraton koşusu, saatin kalbindeki element izotopunu ise bir koşucu olarak hayal edin. Çalışmanın ortak yazarlarından biri ve Ulusal Singapur Üniversitesi’nden fizikçi bu durumu şöyle açıkladı: “Görevimiz, koşucunun mesafeyi tamamlayabileceğini güvence altına almak.” Lütetyumun aslında doğal bir dayanıklılık atleti olduğunu ekledi.
“Bizim görevimiz, koşucunun mesafeyi tamamlayabilmesini sağlamak. Lutetium, ortaya çıktığı gibi, doğuştan bir dayanıklılık atletidir.”
Melissa Barrett, Ulusal Singapur Üniversitesi Fizikçi ve Çalışmanın Yazarı
Dış etkenlere duyarlılıkta büyük avantaj
Önceki atom saatlerinden farklı olarak, ekibin lütetyum-176 saati dış etmenlerden, özellikle manyetik alanlardan ve sıcaklıktan pek etkilenmiyor. Diğer elementlerin çevresel sıcaklığın birkaç binde bir derece hassaslığı içinde kalibre edilmesi gerekirken, lütetyum-176 beş derecelik bir dış sıcaklık değişimine rağmen ölçüm yapmaya devam ediyor. Barrett’ın laboratuvarı ayrıca “hiperfrekans ortalaması” adı verilen bir teknik geliştirerek yerçekimi alanları gibi en önemli çevresel etkileri azalttı ve zaman ölçümünde çok küçük bir değişim bıraktı.
Bu kadar hassas bir atom saati, Uluslararası Birimler Sistemi’nin – yani metrik sistemin – yeni altın standardına dönüşebilir. BIPM, saniye tanımını modern atom saati teknolojisine dayanarak belirliyor. Şimdilik lütetyum, doğruluk açısından önde görünüyor.
Evrenin temel sırlarını çözme potansiyeli
Yeni atom saatinin bilim insanlarına evren hakkında daha da temel bir gerçeği anlamaya yardımcı olma olasılığı var: Fiziğin temellerinde yer alan sabitlerin, örneğin yerçekimi sabiti G’nin değişip değişmediğini araştırmak. Barrett bu konuda şunları söyledi: “Temel sabitlerin aslında değişiyor olmasıyla ilgili bazı spekülasyonlar var. Bu nedenle son derece hassas saatler, bunu araştırmamıza olanak tanıyan araçları sağlıyor.”
Araştırma ekibi, lütetyum-176 tabanlı optik frekans referansının doğruluğunun dokuzuncu basamağa kadar teyit edildiğini belirtti. Bu gelişme hem temel fizik araştırmaları için yeni bir pencere açarken hem de zaman ölçümünün geleceğine yön verebilecek önemli bir adım olarak değerlendiriliyor.
1 yorum