Jam atom berfungsi untuk mengukur waktu dengan mengacu pada transisi atom, yaitu pergerakan elektron antara tingkat energi yang berbeda. Frekuensi dari transisi ini menjadi karakteristik tetap dari atom, sehingga dapat digunakan sebagai patokan waktu dengan presisi yang sangat tinggi. Untuk mengukur frekuensi transisi ini, para ilmuwan memanfaatkan laser yang disesuaikan dengan frekuensi tersebut. Osilasi cahaya laser berfungsi seperti pendulum yang sangat akurat untuk menghitung waktu secara konsisten.
Sejak tahun 1960-an, atom sesium telah menjadi standar internasional untuk mendefinisikan satuan detik. Teknologi jam atom berbasis sesium juga digunakan dalam sistem GPS (Global Positioning System) serta dalam penyelarasan jaringan komunikasi dan transportasi. Namun, penelitian terus dilakukan untuk mengembangkan jam atom dengan menggunakan unsur-unsur lain. Unsur seperti iterbium, stronsium, dan aluminium memiliki frekuensi transisi yang jauh lebih tinggi dibandingkan sesium, yang memungkinkan pengukuran waktu dengan presisi yang lebih baik.
Inovasi Jam Atom Lutetium
Sebuah penelitian yang dilakukan oleh ilmuwan di Singapura memanfaatkan lutetium untuk menciptakan jam atom dengan tingkat presisi yang ekstrem. Penelitian ini dipublikasikan dalam jurnal Nature dengan judul "Lu+ optical frequency references with accuracy verified at the 19th digit" pada 23 September 2026. Jam atom ini dikembangkan oleh tim peneliti di Centre for Quantum Technologies (CQT), National University of Singapore (NUS). Mereka mengklaim bahwa jam berbasis lutetium ini adalah jam paling akurat di dunia berdasarkan hasil pengukuran yang telah dilakukan.
Para peneliti memulai pengembangan jam berbasis lutetium lebih dari sepuluh tahun yang lalu, dengan keyakinan bahwa unsur ini memiliki karakteristik yang cocok untuk digunakan dalam jam atom berkinerja tinggi. Tim ini juga merupakan kelompok pertama yang menggunakan lutetium untuk pengukuran waktu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa frekuensi jam lutetium dapat diukur hingga 19 angka desimal, dengan tingkat ketidakpastian sebesar 1 × 10⁻¹⁹, yang merupakan tingkat ketidakpastian terendah yang pernah dilaporkan untuk jam atom optik.
Keunggulan dan Potensi Jam Lutetium
Jam ini menggunakan satu ion lutetium bermuatan, ¹⁷⁶Lu⁺, dan transisi atom yang digunakan sebagai acuan disesuaikan dengan laser berpanjang gelombang 848 nanometer. Untuk memastikan konsistensi pengukuran, peneliti membangun dua jam lutetium dan membandingkannya menggunakan teknik spectroscopy korelasi selama sekitar 200 jam pengukuran. Hasil perbandingan menunjukkan ketidakpastian sebesar 5,7 × 10⁻¹⁹, yang merupakan tingkat presisi tertinggi dalam perbandingan dua jam atom.
Sifat atom lutetium yang digunakan dalam jam ini memungkinkan transisi yang dijadikan acuan tidak terpengaruh oleh perubahan suhu atau medan magnet. Hal ini berbeda dengan unsur lain, di mana perubahan kondisi lingkungan dapat memengaruhi frekuensi transisi atom dan berdampak pada akurasi pengukuran waktu. Tim CQT telah melakukan rekayasa presisi pada sistem jam ini selama lebih dari satu dekade dan mengembangkan metode hyperfine averaging untuk menentukan transisi yang digunakan sebagai acuan waktu.
Para peneliti kini berencana untuk membawa teknologi ini keluar dari laboratorium. Michael Lee, salah satu penulis utama penelitian, menyatakan bahwa langkah selanjutnya adalah mengubah jam yang saat ini berada dalam skala laboratorium menjadi sistem yang dapat dipindahkan. Mereka percaya bahwa ukuran jam masih dapat diperkecil tanpa mengorbankan tingkat akurasinya, yang memungkinkan pengukuran waktu dengan presisi ekstrem di berbagai lokasi.
Jika berhasil, jam lutetium ini tidak hanya akan digunakan untuk pengukuran waktu yang akurat di laboratorium, tetapi juga membuka peluang untuk penelitian lebih lanjut dalam fisika fundamental dan pengukuran gravitasi Bumi.
