Fisikawan NIST (National Institute of Standards and Technology) membandingkan sepasang jam atomik terbaik di dunia. Hasilnya, usia anda akan bertambah lebih cepat ketika anda berdiri dan hidup di tempat yang lebih tinggi.
Ilmuwan telah mengetahui selama beberapa dekade bahwa waktu akan berlalu lebih cepat pada ketinggian yang lebih tinggi – Aspek ganjil dari teori Relativitas Einstein yang sebelumnya diukur dengan membandingkan jam yang diletakkan di permukaan bumi dan di roket.
Saat ini, ilmuwan fisika dari NIST telah mengukur efek ini dengan skala yang lebih sederhana, yaitu 33 sentimeter. Guna mendemonstrasikan bahwa anda akan lebih tua ketika anda berdiri pada beberapa anak tangga yang lebih tinggi.
Dijabarkan dalam Science* edisi 24 September, perbedaan itu terlalu kecil untuk berdampak pada manusia – bertambah sekitar 90 milyar detik dalam jangka waktu 79 tahun kehidupan – tetapi mungkin dapat memberikan aplikasi praktis dalam ilmu geofisika dan ilmu lainnya
Pada saat yang bersamaan, ilmuwan NIST mengamati aspek lain dari relatifitas – bahwa waktu akan berjalan lebih lambat ketika anda bergerak lebih cepat – pada kecepatan yang sebanding dengan kecepatan mobil sekitar 20 mil per jam. Sebuah skala komprehensif dibandingkan dengan pengukuran sebelumnya yang menggunakan pesawat jet.
Ilmuwan NIST melakukan eksprimen “pemuluran waktu” yang baru dengan membandingkan pengoperasian dari sepasang jam atom percobaan terbaik di dunia.
Jam yang hampir serupa tersebut masing-masing memiliki “jarum jam” dari ion aluminium tunggal (bermuatan listrik atom) ketika bergetar antara dua tingkat energi lebih dari jutaan milyar kali per detik. Salah satu jam menyesuaikan waktu masih dalam batas 1 detik dalam sekitar 3,7 milyar tahun dan jam lainnya mendekati prestasi jam pertama. Kedua jam tersebut berlokasi di tempat yang berbeda di Laboratorium NIST dan dihubungkan dengan fiber optika sepanjang 75 meter.
Jam aluminium NIST – yang juga disebut sebagai “Jam logika kuantum” karena jam tersebut dibuat berdasarkan teknik logika pembuat keputusan dari experimental komputasi kuantum – sangat tepat dan cukup stabil untuk mengungkapkan perbedaan kecil yang tidak dapat dilihat sampai saat ini. Jam beroperasi dengan cahaya laser berkilauan pada ion di frekuensi optikal, yang lebih tinggi dibandingkan dengan frekuensi microwave yang digunakan di jam atom standard masa kini yang berdasarkan pada atom cesium (Cs)
Jam optikal suatu saat dapat membawa pada standard waktu 100 kali lebih tepat dibandingkan dengan jam standard masa kini.
Jam aluminium dapat mendeteksi efek kecil yang ditimbulkan oleh relativitas oleh karena keakuratan yang sangat tinggi dan “factor Q” yang tinggi – kuantitas yang menggambarkan bagaimana ion dapat diandalkan untuk menyerap dan mempertahankan energy optikal yang berubah dari satu tingkat energi ke tinggal energi lainnya – kata peneliti paska doktoral NIST James Chn-Wen Chou, penulis pertama dari makalah tersebut.
“Kami telah mengamati faktor Q tertinggi di fisika atom,” kata Chou. “Anda dapat berpikir seberapa lama garpu tala akan bervibrasi sebelum kehilangan energy yang disimpan di dalam struktur resonansi tersebut. Kami menemukan bahwa ion oscilasi seirama dengan frequensi laser sekitar 400 ribu milyar putaran.”
Percobaan NIST terfokus pada dua scenario yang diprediksi oleh teori relativitas Einstein. Pertama, ketika kedua jam ditempatkan pada tingkat gravitasi yang berbeda akibat perbedaan ketinggian dari permukaan bumi, jam yang lebih tinggi – yang mengalami gaya tarik gravitasi yang lebih kecil – akan bergerak lebih cepat.
Kedua, ketika pengamat bergerak, jarum jam bergerak lebih lambat, sehingga jam tersebut terlihat bergerak lebih lambat. Para ilmuwan mengatakan hal ini sebagai “paradoks kembar,” dimana salah seorang saudara kembar yang bepergian dengan pesawat ulang alik akan kembali ke bumi lebih muda dibandingkan dengan kembarannya. Faktor terpenting adalah akselerasi (percepatan dan perlambatan) dari gerakan saudara kembarnya dalam bepergian bolak balik.
Para ilmuwan NIST mengamati efek yang dihasilkan dengan membuat perubahan spesifik dalam satu dari dua jam aluminium dan mengukur perbedaan dari laju detak relativitas dua ion, atau frequensinya.
Dalam salah satu set dari eksperimen tersebut, para ilmuwan mengangkat satu dari jam tersebut dengan cara mengangkat meja laser ke ketinggian sekitar 1/3 meter diatas jam kedua. Cukup terbukti, bahwa jam yang lebih tinggi akan bergerak lebih cepat dibandingkan dengan jam yang lebih rendah.
Eksperimen kedua mengamati efek perubahan dari gerakan fisika ion di salah satu jam. (Ion hampir tak bergerak pada saat jam beroperasi normal.) Ilmuwan NIST menggeser salah satu ion sehingga ion tersebut berputar bolak balik pada kecepatan yang setara dengan beberapa meter per detik.
Jam tersebut berdetak lebih lambat sedikit dibandingkan dengan jam yang lainnya, sebagaimana telah diprediksi oleh hukum relativitas. Ion yang bergerak berprilaku seperti kembar yang bepergian dalam paradoks kembar.
Perbandingan dari kedua jam yang super akurat tersebut mungkin akan sangat berguna dalam geodesi, ilmu pengetahuan tentang dimensi bumi dan medan gravitasinya, dengan aplikasi dalam bidang geofisika dan hidrologi, dan kemungkinan eksperimen ruang angkasa dalam teori fisika, demikian yang disarankan oleh Till Rosenband, pemimpin dari kelompok peneliti jam aluminium NIST.
Para ilmuwan NIST berharap untuk memperbaiki lebih jauh lagi keakuratan jam aluminium, hingga 10 kali lebih akurat, melalui pergantian di perangkap ion geometri dan kontrol yang lebih baik lagi di pergerakan ion dan gangguan lingkungan.
Tujuannya adalah untuk mengukur perbedaan dalam ketepatan waktu yang cukup untuk mengukur ketinggian hingga ke akuratan 1 sentimeter, sebuah tingkat pencapaian yang sesuai untuk membuat pengukuran geodetic.
Laporan tersebut menyarankan bahwa jam optikal dapat dihubungkan ke suatu bentuk jaringan “pengukur pasang surut” untuk mengukur jarak dari permukaan bumi dengan geoid (permukaan dari medan gravitasi bumi yang berhubungan dengan permukaan air laut). Jaringan seperti itu dapat diperbaharui lebih sering dibandingkan dengan teknik saat ini.
Daftar Pusaka : *C.W. Chou, D.B. Hume, T. Rosenband and D.J. Wineland. Optical Clocks and Relativity. Science. Sept. 24, 2010.
0 comments:
Posting Komentar