Mutlak sıfıra yakın derecelerde soğutulan hapsedilmiş bir alüminyum iyonunun çok küçük titreşimlerini ölçen bu saat, saniyeleri 19 ondalık basamağa kadar yüksek hassasiyetle hesaplıyor.
Teknik olarak sistematik belirsizlik adı verilen doğruluk rekorunu kırmasının yanı sıra, bu saat aynı türdeki diğer tüm saatlerden 2,6 kat daha kararlı. NIST’ten fizikçi Mason Marshall, “Şimdiye kadarki en hassas saat üzerinde çalışmak heyecan verici,” diyerek ekliyor:
“NIST’te, fiziği ve çevremizdeki dünyayı anlama sınırlarını zorlayan uzun vadeli hassas ölçüm planlarını hayata geçirme şansımız oluyor.”
Yirmi yıllık bir çalışmanın ürünü olan bu rekor kıran saatin tasarımı, kuantum fiziği hakkında derin bilgi gerektiriyor. Çünkü çevredeki en küçük mikrodalga hareketi bile saatin “tik tak” mekanizmasını küçücük miktarlarla bozabiliyor.
Bu hassasiyet, saatin çevresini oluşturan elmas katmanın kalınlaştırılması ve içteki elektrotların altın kaplamalarının artırılması sayesinde elde edildi. Bu yapı, saat için gerekli olan elektrik alanlarını daha da kararlı hâle getiriyor. Saatin güvenilirliğini sağlayan kritik bir unsur ise, alüminyum iyonunun yanına eşlikçi bir yüklenmiş magnezyum atomunun eklenmesi. Bu “yardımcı iyon”, alüminyum iyonunun lazer ışığıyla daha kolay kontrol edilmesini sağladı. Böylece araştırmacılar, doğruluk ve kararlılığı aynı anda sağlayan kazanan kombinasyonu yakalamış oldu.
Kullanılan lazer ise hassasiyet ve kararlılığıyla tanınan 3,6 kilometre (yaklaşık 2 mil) uzaklıktaki bir komşu laboratuvardan sağlandı.
Toplamda, bir saniyeyi 19 ondalık basamağa kadar ölçmek için gerekli veri toplama süresi, önceki üç haftadan bir buçuk güne indirildi. NIST’ten elektrik mühendisi Daniel Rodriguez Castillo, “Bu büyük ve karmaşık bir zorluk, çünkü saatin tasarımındaki her parça saatin performansını etkiliyor,” dedi.
Bu tür saatler, kol saatlerinin yaptığı gibi zamanı söylemez; bunun yerine diğer saatleri kalibre etmek, deneylerde kullanmak ve evreni araştırmak için referans noktası görevi görürler. Saniyenin ne kadar sürdüğünü kesin olarak bilmek, fizik açısından temel bir ölçüt olarak kabul edilir.
Bu, karanlık madde araştırmalarından Einstein’ın görelilik teorisini test etmeye kadar birçok bilimsel alanı destekler. Araştırmacılar, bununla da sınırlı kalınmayacağına ve daha fazla sistem kararlılığı ve iyon kontrolü ile bu atomik saatlerde çok daha yüksek doğruluk seviyelerine ulaşılabileceğine inanıyor.