Jam Atom Sebagai Standar Waktu International

Suatu ketika listrik padam, dan kemudian menyala kembali.

Apakah anda tahu bagaimana mengatur kembali jam anda?

Atau pernahkah anda berpikir bagaimana waktu pada sebuah jam diatur?

Standar waktu yang diatur oleh US Naval Observatory Master Clock (USNO) merupakan sumber resmi waktu yang digunakan oleh Departemen Pertahanan mereka.

Baca juga: Hemat Energi Merupakan Cara Efektif Membuat Bumi Lebih Hijau

Selanjutnya, banyak diterapkan dalam bentuk jam alarm, komputer, maupun mesin penjawab otomatis. USNO menggunakan jam atom dalam pengaturan waktu resminya. Tahukah anda apa itu jam atom?

Jam atom merupakan sebuah jenis jam yang memakai standar frekuensi resonansi atom dalam penghitungannya. Jam atom pertama adalah maser dengan peralatan lainnya.

Seiring perkembangan teknologi, standar frekuensi atom terbaik saat ini ialah didasarkan pada fisika yang lebih modern dengan melibatkan atom dan air mancur atomik.

Dibandingkan dengan jam lainnya, jam atom menjaga ketetapan waktu dengan lebih baik. Bahkan, jam atom juga menjaga waktu lebih baik daripada rotasi bumi maupun pergerakan bintang-bintang.

Tanpa adanya penemuan jam atom, navigasi GPS akan jadi mustahil, sinkronisasi internet menjadi kacau, dan planet-planet posisinya tidak akan diketahui dengan ketepatan yang cukup untuk kemungkinan ruang dan pendarat yang akan diluncurkan serta dimonitor.

Lembaga Nasional Standar dan Teknologi Amerika Serikat atau NIST mempertahankan keakuratan 10-9 detik per hari, dan ketepatan yang persis dengan frekuensi radio pemancar yang memompa maser.

Skala waktu yang stabil dipertahankan oleh jam ini dan dilakukan secara berkelanjutan, skala waktu tersebut adalah Waktu Atom Internasional / Internasional Atomic Time (TAI).

Sedangkan yang biasa dipakai oleh masyarakat adalah skala waktu lainnya yang dinamakan Coordinated Universal Time(UTC). UTC merupakan turunan dari TAI, namun disinkronisasi dengan lewatnya hari dan malam didasarkan pada pengamatan astronomikal.

Jam atom pertama kali dibuat pada tahun 1949 di National Bureau of Standard A.S. Ini adalah jam atom akurat pertama yang berdasarkan transisi dari atom caesium-133.

Pembuatnya adalah Louis Essen pada 1955 di National Physical Laboratory di Britania. Kemudian jam atom inilah yang membuat persetujuan internasional yang menjelaskan detik sebagai dasar dari waktu atomik.

Ilmuwan NIST mempertunjukkan sebuah jam atom skala-chip pada Agustus 2004. Jam ini menurut para periset seukuran seperseratus dari jam lain yang pernah ada sebelumnya.

Dan jam ini pun hanya membutuhkan daya relatif kecil yaitu 75 miliwatt, membuat jam ini cocok untuk digunakan pada aplikasi baterai.

Jam radio modern memakai jam atom sebagai referensinya, dan sebuah metode untuk memperoleh waktu yang disediakan oleh jam atom dengan menggunakan peralatan yang tidak mahal namun berkualitas tinggi dan bisa dipakai di wilayah yang lebih luas.


Cara Kerja Jam Atom

Maser dalam referensi frekuensi memakai ruangan (atau chamber) yang berbinar berisikan gas terionisasi yang pada umumnya berupa caesium. Sebab, caesium merupakan elemen yang dipakai dalam detik internasional secara resmi.

DETIK telah didefinisikan oleh Sistem Satuan Internasional (SI) sejak tahun 1967 sebagai 9.192.631.770 getaran dari radiasi yang berhubungan dengan transisi antara dua tingkat energi dari ground state atom Caesium-133.

Definisi semacam ini membuat osilator caesium atau sering disebut jam atom sebagai patokan utama dalam waktu dan pengukuran frekuensi (lihat standard caesium).

Kuantitas lain yang berpegang pada definisi detik sebagai bagian dari definisinya seperti meter, dan volt.

Di dalam jam atom terdapat sebuah lubang resonansi (microwave cavity) yang berisi gas terionisasi, sebuah oscillator microwave tertala (tunable), serta sebuah feedback loop yang dipakai untuk menyetel oscillator ke frekuensi yang paling sesuai dari karakteristik absorpsi (penyerapan) yang dipastikan oleh perilaku setiap atom.

Suatu pemancar microwave mengisi ruangan dengan gelombang radio berdiri (standing wave). Ketika ketepatan frekuensi radio dengan frekuensi transisi hyperfine dari caesium terjadi, gelombang radio diserap oleh atom caesium tersebut dan kemudian memancarkan cahaya.

Elektron lalu menjauh dari nukleus akibat gelombang radio yang dibuat. Ketika elektron kembali ke dekat nukleus, diakibatkan gaya tarik muatan yang berbeda, terjadi getaran pada elektron sebelum berdiam diri pada tempat yang baru.

Perpindahan tersebut menimbulkan pancaran cahaya, yang merupakan getaran listrik dan magnetisme.

Cahaya diterima oleh sebuah fotosel, dan ketika cahaya itu meredup disebabkan frekuensi ransangan sudah bergeser dari frekuensi resonansi, peralatan elektronik di antara fotosel serta pemancar radio menyetel frekuensi pemancar radio tersebut.

Pada proses penyetelan inilah, letak sebagian besar kompleksitas sistem ini terjadi. Efek samping coba dihilangkan saat penyetelan, seperti frekuensi dari transisi elektron yang lain, distorsi dalam medan kuantum maupun efek suhu dalam mekanisme tersebut.

Contoh misalnya frekuensi radio itu diubah-ubah secara sinusoida untuk membentuk modulasi sinyal di fotosel.

Sinyal dari fotosel selanjutnya dapat didemodulasi untuk dipakai sebagai kontrol terhadap pergeseran jangka panjang pada frekuensi radio.

Dengan begitu, sifat-sifat ultra-akurat dari kuantum mekanika pada frekuensi transisi atom caesium dapat dipakai untuk menyetel oscillator microwave ke frekuensi yang sama, kecuali bila terjadi kesalahan pada eksperimentasi kecil.

Pada praktiknya, pemantauan dan mekanisme feedback merupakan jauh lebih rumit dari yang baru saja di jelaskan.

Ketika jam baru dihidupkan, sebelum jam itu bisa dijadikan patokan waktu, memerlukan waktu yang cukup lama.


Riwayat Ketepatan Jam Atom NIST

Sebuah alat penghitung menghitung total gelombang yang dibuat oleh pemancar radio. Penghitung tersebut dibaca oleh sebuah komputer, dan mengubahnya menjadi angka ke dalam sesuatu yang terlihat mirip dengan jam digital atau gelombang radio yang terpancar.

Tentu saja, sebenarnya yang menjadi jam adalah mekanisme cavity, osilator, dan feedback loop yang membuat standar frekuensi sebagai dasar jam tersebut tetap terjaga.

Beberapa metode lain dipakai ke dalam jam atom guna keperluan lainnya. Seperti jam Rubidium yang sangat disukai karena murah harganya dan berukuran kecil.

Selain itu, jam Rubidium juga memiliki kestabilan jangka pendek yang baik. Jam ini banyak dipakai dalam aplikasi-aplikasi komersial, portabel, dan di luar angkasa.

Maser hidrogen di dalamnya mempunyai stabilitas jangka pendek yang tangguh dibandingkan dengan standard lainnya, tapi kelemahan justru terletak pada akurasi jangka panjang.

Satu standard seringkali dipakai untuk memperbaiki standard lainnya. Seperti contoh dalam sebuah aplikasi komersial memakai standard Rubidium yang dihubungkan ke sebuah penerima GPS.

Sistem ini hanya mempunyai ketangguhan akurasi jangka pendek, dengan akurasi jangka panjang setara dengan standard nasional waktu Amerika Serikat.

Jangka waktu pemakaian sebuah standard waktu merupakan suatu hal yang sangat penting. Jam modern Rubidium memiliki standard waktu yang dapat bertahan lebih lama dari sepuluh tahun.

Serta hanya menghabiskan biaya yang cukup murah. Sedangkan untuk sebuah standard nasional dibutuhkan Standard Hidrogen yang memiliki jangka waktu hingga sepanjang masa.

Pengembangan teknologi jam atom telah dilakukan oleh Jet Propulsion Laboratory (JPL) di NASA. Teknologi jam atom tersebut dinamakan Deep Space Atomic Clock (DSAC) dengan akurasi 10 kali lebih tepat dibandingkan jam atom yang ada saat ini.

Namun, teknologi yang berbasis ion merkuri ini hanya dikembangkan dan dipakai sebagai pengukur waktu untuk misi-misi ruang angkasa NASA di masa yang akan datang.

Sumber:
Wikipedia.org

Subscribe to receive free email updates: