Peneliti Temukan Cara Baru Menghitung Detik dengan Ilmu Optik

Sebagian dari kita mungkin tidak menyadari bahwa penetapan satuan waktu yang kita kenal saat ini sudah melalui perjalanan yang sangat panjang. Sejarah penetapan satuan waktu ini tidak bisa dilepaskan dari peran bangsa Babylonia dan Mesir, dimana pembagian waktu sexagesimal (basis 60) yaitu 60 menit di dalam satu jam dan 60 detik di dalam satu menit merupakan pengaruh dari bangsa Babylonia. Sementara istilah jam yang kita kenal hari ini merupakan warisan dari bangsa Mesir yang mendasarkan perhitungannya pada putaran bumi sebagai 1/24 dari waktu matahari.

Perkembangan kemampuan manusia dalam mengamati gejala alam semesta yang dipadu dengan kemampuan melakukan perhitungan yang tepat telah memberikan perubahan terhadap definisi detik. Observasi astronomi yang telah dilakukan selama abad kedelapan belas dan sembilan belas menunjukkan bahwa putaran sumbu bumi tidak cukup seragam untuk digunakan sebagai standar waktu. Oleh karena itu, pada tahun 1960, The General Conference on Weights and Measures meratifikasi detik sebagai 1/31.556.925,9747 bagian dari tahun matahari di tanggal 0 Januari 1900 jam 12 waktu ephemeris. Hal ini kemudian didukung dengan pembuatan jam atom sebagai dasar pendefinisian dari detik, bukan lagi dengan putaran bumi.

Pada tahun 1967, The General Conference on Weights and Measures kembali mendefinisikan detik sebagai durasi sepanjang 9.192.631.770 periode dari radiasi sehubungan dengan transisi antara dua hyperfine level dari ground state dari atom cesium-133. Hal ini didasari pada hasil pengamatan United States Naval Observatory (USNO) dan National Physical Laboratory yang menemukan hubungan antara hyperfine transition frequency atom cesium dan detik ephemeris. Pengamatan ini menggunakan metode pengukuran common-view berdasarkan sinyal yang diterima dari stasiun radio WWV, mereka menemukan bahwa gerakan orbital bulan di sekeliling bumi dan gerakan matahari bisa diterka dalam satuan waktu jam atom. Definisi detik ini kemudian disempurnakan menjadi mengacu pada atom cesium yang diam pada temperatur 0 K.

Definisi detik yang mengacu pada atom cesium ini terus digunakan sampai sekarang. Namun, baru-baru ini, sesuai dengan berita yang dilansir oleh laman www.sciencemag.org pada tanggal 1 Maret 2018 menyebutkan bahwa walaupun jam atom yang menjadi standar waktu saat ini hanya kehilangan 1 detik setiap 200 juta tahun. Tapi nyatanya belum membuat beberapa ahli metrologi puas. Terdapat dorongan yang kuat untuk menyesuaikan jam yang kita gunakaan saat ini dengan frekuensi gelombang mikro tertentu. Hal ini didasari oleh meningkatnya kebutuhan akan presisi waktu yang tepat, seperti navigasi pesawat ruang angkasa dan pencarian variasi konstanta dalam fisika.

The International Bureau of Weights and Measures (BIPM) yang berpusat di Sèvres, Prancis, sudah membentuk satu kelompok ahli yang bertujuan menyusun peta jalan dan langkah-langkah yang diperlukan untuk mendefinisikan ulang satuan waktu detik. Bersamaan dengan itu, ahli fisika di Laboratorium Boulder National Institute of Standards and Technology (NIST) Colorado tampaknya telah memenuhi salah satu persyaratan utama peta jalan dengan menemukan jam microwave yang memiliki akurasi 100 kali lipat.

Tim NIST mengoperasikan dua jam optik dengan menggunakan beberapa laser untuk mendinginkan dan menangkap beberapa ribu atom ytterbium dalam “kisi optik” dan kemudian memancarkan transisi energi tertentu di atom tersebut. Para periset kemudian menemukan bahwa dua jam berdetak pada tingkat yang sama dengan perbandingan 1,4 per 1018 – 100 kali lipat lebih akurat dibandingkan atom cesium.

Namun, sebagai sebuah pengamatan dengan rentang toleransi yang masih besar, tentunya temuan NIST ini masih memunculkan perdebatan di kalangan ilmiah. Jérôme Lodewyck, seorang fisikawan di laboratorium Time-Space Reference System Paris Observatory mengatakan bahwa hasil NIST “mungkin benar,” tetapi jika hasil temuan ini digunakan untuk merubah definisi detik, “mungkin benar, tetapi tidak cukup baik.” Dia mengatakan bahwa masih terdapat faktor-faktor yang lain yang bisa mempengaruhi hasil perhitungan NIST tersebut, seperti medan listrik yang menyimpang.

Sanggahan lain disampaikan oleh Patrick Gill, seorang fisikawan laser di National Physical Laboratory, Inggris, mengatakan bahwa peralihan ke jam optik seharusnya tidak terjadi dalam waktu yang cepat. Dia menyarankan hasil temuan ini lebih baik disampaikan ketika di pertemuan The General Conference on Weights and Measures pada tahun 2026.

Ekkehard Peik, ketua The Time and Frequency Group di Germany’s National Metrology Institute, Jerman, lebih berhati-hati lagi. Dia mengatakan bahwa jam cesium yang kita gunakan hari ini masih cukup, dia menyarankan bahwa redefinisi detik mungkin bisa menunggu sampai awal 2030-an, sehingga memberikan lebih banyak waktu bagi para ilmuwan untuk mengembangkan penelitian yang bersaing.