Çin’deki araştırmacılar, şimdiye kadar üretilmiş en hassas saatlerden birini geliştirdi. Bu saat o kadar hassas ki, bilim insanlarının yakında “saniye”nin resmi tanımını yeniden belirlemesine yol açabilir.
Stronsiyum optik kafes saati olarak bilinen bu gelişmiş saat, saniyeyi 19 ondalık basamağa kadar ölçebiliyor. Bu da şu anlama geliyor: Eğer bu saat 30 milyar yıl boyunca çalıştırılsa saat yalnızca yaklaşık bir saniye hata yapar.
Yakın zamana kadar mümkün olmayan bu hassasiyet seviyesi, önümüzdeki 10 yıl içinde saniyenin resmi tanımını değiştirme hedefi açısından büyük bir adım olarak görülüyor.
Ancak bunun gerçekleşmesi için bazı şartların yerine getirilmesi gerekiyor. Öncelikle aynı tür “tik” prensibine dayanan en az üç optik saat, belirli bir hassasiyet ve kararlılık seviyesine sahip olacak şekilde farklı kurumlarda kullanılmalı.
Yeni geliştirilen bu optik saat, gerekli hassasiyet ve kararlılık şartlarını karşılıyor. Ayrıca yalnızca zaman ölçümünü geliştirmekle kalmayıp, bilim insanlarının karanlık maddeyi araştırmasına ve Dünya’nın yerçekimi alanındaki farklılıkları ölçmesine de yardımcı olabilir.
Saniye başlangıçta bir günün kesri olarak tanımlanmıştı – tam olarak günün 86.400’de biri. Bu, 24 saatin her birinin 60 dakikaya, her dakikanın da 60 saniyeye bölünmesiyle elde edilir.
Bu yöntem kabaca bir ölçüm için yeterlidir, ancak bilimsel ve endüstriyel uygulamalar için yeterince hassas değildir. Sorun şu ki “bir gün” aslında sabit bir ölçü değildir; Dünya’nın dönüş hızı birçok farklı faktör nedeniyle değişir. Eğer saniye hâlâ günün bir kesri olarak tanımlansaydı, bu değişimler saniyenin uzunluğunu da değiştirecekti.
Atom saatlerinin geliştirilmesi, bilim insanlarının saniyeyi doğanın değişmeyen özelliklerine dayanarak bağımsız şekilde ölçmesine imkân sağladı. Bu nedenle 1967 yılından beri saniye, Uluslararası Birimler Sistemi’nde (SI) sezyum-133 atomunun 9.192.631.770 titreşimi olarak tanımlanıyor.
Bu oldukça hassas bir ölçü olsa da hâlâ daha da geliştirilebilir. Stronsiyum gibi atomlar görünür ışık frekanslarında titreşir ve saniyede yaklaşık 700 katrilyon “tik” üretir. Bu, sezyumun saniyedeki yaklaşık 9 milyar titreşimiyle karşılaştırıldığında çok daha fazladır. Optik saatler bu titreşimleri ölçebilir ve 10⁻¹⁸ saniye düzeyinde hassasiyet sağlayabilir.
Yeni çalışmada, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (USTC) araştırmacıları, kurumun stronsiyum optik saatinde yapılan geliştirmeleri anlattı. Bu geliştirmelerle belirsizlik 9,2 × 10⁻¹⁹, kararlılık ise 6,3 × 10⁻¹⁹ seviyesine düşürüldü.
Araştırmacılar yeni makalelerinde şöyle yazdı:
“Bu performans, SI saniyesinin yeniden tanımlanması için gereken 2 × 10⁻¹⁸ tek saat doğruluk gereksinimini karşılamaktadır ve göreli jeodezi ile yüksek çözünürlüklü karanlık madde araştırmaları gibi alanlarda potansiyel uygulamalara sahiptir.”
Araştırma ekibine göre iki başka stronsiyum optik saat de bu önemli eşiği çoktan geçti. Ayrıca alüminyum iyonlarını kullanarak zamanı ölçen iki saat daha bulunuyor. Bu tür ultra hassas saatlerin sayısı arttıkça, saniyenin resmi olarak yeniden tanımlanması için gereken kriterler yakında karşılanabilir.
Bu tür kararlar her dört yılda bir düzenlenen Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı (CGPM) tarafından alınır. Bir sonraki toplantı bu yıl Ekim ayında yapılacak, ancak saniyenin yeniden tanımlanması için gerekli ilerleme henüz bu toplantıda karar alınabilecek seviyeye ulaşmadı.
Bu nedenle komiteden, saniyenin yeni tanımına yönelik teklifin 2030 yılında yapılacak CGPM’nin 29. toplantısında sunulması ve yürürlüğe giriş tarihi için bir öneri hazırlanması yönünde çalışma yapması istendi.
