Pernahkah Anda membayangkan memiliki jam yang begitu akurat sehingga dalam usia alam semesta pun, jam itu hanya akan meleset beberapa detik saja? Kedengarannya seperti fiksi ilmiah, bukan? Namun, itulah arah penelitian terbaru tentang jam nuklir, teknologi yang bisa melampaui kemampuan jam atom terbaik yang kita punya saat ini.
Sebuah studi baru yang dipublikasikan di Physical Review Letters tahun 2025 meneliti “sensitivitas suhu” dari jam nuklir berbasis thorium-229 dalam wujud padat (solid-state). Penelitian ini mungkin terdengar rumit, tetapi pada dasarnya mereka ingin menjawab pertanyaan sederhana: Seberapa stabilkah jam nuklir ini jika suhu berubah?
Dan jawabannya bisa membuka jalan menuju revolusi besar dalam cara kita mengukur waktu, memahami alam semesta, dan mungkin, mengoperasikan teknologi masa depan.
Baca juga artikel tentang: Temuan Reaktor Nuklir Alami Tertua di Dunia Bisa Menjadi Kunci Untuk Energi Masa Depan
Dari Jam Matahari ke Jam Nuklir
Sepanjang sejarah, manusia selalu mencari cara mengukur waktu dengan lebih presisi. Dari jam matahari sederhana, ke jam mekanik dengan roda gigi, hingga jam atom yang menjadi standar dunia saat ini. Jam atom bekerja dengan mengukur getaran atom tertentu, misalnya cesium-133 yang sangat stabil.
Jam atom modern sudah luar biasa akurat. Misalnya, jam atom optik berbasis strontium bisa meleset hanya 1 detik dalam 15 miliar tahun. Itu lebih lama dari usia alam semesta!
Tapi para ilmuwan tidak berhenti di sana. Mereka mencari sesuatu yang lebih stabil lagi dan jawabannya mungkin ada di dalam nukleus atom thorium-229.
Apa Itu Jam Nuklir Thorium-229?
Biasanya, jam atom menggunakan transisi elektron, yakni perubahan energi elektron yang mengelilingi inti atom. Namun, inti atom (nukleus) juga bisa bertransisi dari satu tingkat energi ke tingkat lain. Bedanya, transisi inti jauh lebih kebal terhadap gangguan eksternal seperti medan listrik atau magnet, sehingga lebih stabil.
Thorium-229 adalah satu-satunya nuklida yang diketahui memiliki transisi energi nuklir sangat rendah (dalam rentang ultraviolet). Transisi ini memungkinkan dibuatnya jam nuklir, jam berbasis inti atom, bukan kulit elektronnya.
Hasilnya? Tingkat presisi bisa meningkat hingga 100 kali lipat dibanding jam atom terbaik.
Tantangan: Suhu
Namun, membangun jam nuklir bukan tanpa tantangan. Salah satunya adalah pengaruh suhu.
Jika kita menaruh thorium-229 dalam kristal padat, misalnya kalsium fluorida (CaF₂) perubahan suhu bisa menyebabkan kristal sedikit mengembang atau menyusut. Hal ini mengubah “lingkungan” di sekitar inti thorium dan memengaruhi frekuensi transisi nuklir yang menjadi dasar jam tersebut.
Bayangkan Anda punya garpu tala yang bergetar dengan nada sempurna. Tapi jika garpu itu dipanaskan, logamnya sedikit memuai dan nada berubah. Prinsip yang sama terjadi di sini, hanya saja dalam skala yang sangat ekstrem dan halus.
Penelitian Terbaru
Dalam studi ini, para ilmuwan mengukur empat transisi nuklir terkuat thorium-229 pada tiga suhu berbeda:
- 150 K (sekitar -123 °C)
- 229 K (-44 °C)
- 293 K (20 °C, mendekati suhu kamar)
Mereka menemukan bahwa seiring meningkatnya suhu, terjadi pergeseran kecil dalam frekuensi transisi. Pergeseran ini setara dengan sekitar 0,4 kilohertz per Kelvin (0,4 kHz/K).
Sekilas ini terlihat besar, tetapi jika dihitung dalam presisi waktu, nilainya sangat kecil. Faktanya, pergeseran itu masih cukup rendah sehingga jam nuklir thorium-229 tetap kandidat kuat untuk jam paling akurat yang pernah dibuat manusia.
Untuk mencapai presisi setingkat 10⁻¹⁸ (yakni kesalahan 1 detik dalam 30 miliar tahun), kristal tempat thorium disimpan harus dijaga agar stabil hanya dalam rentang 5 mikroKelvin (µK), itu adalah 0,000005 °C!
Mengapa Penting?
Anda mungkin bertanya: Untuk apa manusia membutuhkan jam sekurat ini?
Jawabannya: sangat banyak. Berikut beberapa potensi dampak jam nuklir:
- Ilmu Fundamental
Jam super-akurat bisa membantu kita menguji teori fisika paling dasar, termasuk relativitas umum Einstein. Misalnya, perbedaan gravitasi sekecil apa pun bisa dideteksi lewat perbedaan waktu. - Navigasi dan GPS Generasi Baru
Sistem GPS saat ini sudah sangat bergantung pada jam atom. Jika kita beralih ke jam nuklir, akurasi navigasi bisa meningkat luar biasa, bahkan hingga hitungan sentimeter. - Deteksi Gelombang Gravitasi dan Fenomena Kosmik
Jam nuklir bisa membantu mendeteksi perubahan ruang-waktu yang sangat kecil akibat peristiwa kosmik, melengkapi teleskop gelombang gravitasi yang ada. - Teknologi Kuantum dan Komunikasi
Dengan sinkronisasi waktu ekstrem, komunikasi kuantum dan jaringan superkomputer global bisa berjalan jauh lebih lancar.
Masa Depan Jam Nuklir
Meski penelitian ini menunjukkan adanya tantangan suhu, hasilnya justru menegaskan bahwa jam nuklir thorium-229 tetap layak dan sangat menjanjikan.
Sekarang, fokus penelitian ke depan adalah:
- Menemukan material kristal yang lebih stabil untuk “menyimpan” thorium.
- Mengembangkan teknologi pendingin yang bisa menjaga suhu hingga mikroKelvin.
- Menguji stabilitas jangka panjang dalam kondisi nyata di laboratorium.
Jika semua ini berhasil, dalam beberapa dekade mendatang, standar waktu internasional mungkin tidak lagi berbasis jam atom, tetapi jam nuklir.
Dari jam matahari di zaman Mesir Kuno hingga jam nuklir berbasis thorium-229, perjalanan manusia mengukur waktu adalah kisah panjang penuh inovasi.
Studi terbaru ini membawa kita selangkah lebih dekat ke era baru, era di mana waktu bisa diukur dengan presisi hampir absolut, membuka jendela baru untuk memahami alam semesta.
Bayangkan suatu hari nanti, ketika para ilmuwan, insinyur, bahkan kita sebagai pengguna teknologi, bergantung pada jam nuklir untuk segala hal: dari navigasi mobil tanpa sopir, komunikasi antarplanet, hingga pengujian hukum dasar fisika.
Dan semuanya berawal dari inti kecil thorium-229 salah satu “jam alamiah” paling menakjubkan yang pernah kita temukan.
Baca juga artikel tentang: AI dan Keamanan Nuklir: OpenAI Terapkan Kecerdasan Buatan untuk Mengurangi Risiko Bencana Nuklir
REFERENSI:
Higgins, Jacob S dkk. 2025. Temperature sensitivity of a thorium-229 solid-state nuclear clock. Physical Review Letters 134 (11), 113801.
