Jam Nuklir Pertama Dunia Berdetak: Thorium-229 Buka Era Ketepatan Waktu Baru

Dunia pencatatan waktu resmi memasuki fase nuklir. Dua kelompok riset independen—satu di Wina, Austria, dan satu lagi di Beijing, Tiongkok—telah berhasil menciptakan prototipe jam nuklir berbasis thorium-229 yang berfungsi. Berbeda dari jam atom yang mengandalkan transisi elektron, jam nuklir memanfaatkan laser yang disetel pada frekuensi ketika inti thorium beralih di antara dua tingkat energi. Para ilmuwan meyakini pendekatan ini suatu hari dapat menghasilkan penunjuk waktu yang jauh lebih andal daripada teknologi atom yang ada saat ini.

Sebagai gambaran, jam atom modern mampu menjaga ketepatan hingga deviasi satu detik per 300 juta tahun. Jam nuklir yang lebih canggih diperkirakan dapat memperpanjang rentang itu hingga miliaran tahun. Potensi tersebut membuka peluang untuk menyelidiki fenomena alam semesta yang paling sulit diukur, termasuk materi gelap yang selama ini elusif. Kedua jam tersebut dijelaskan dalam dua studi yang diterbitkan pekan ini di jurnal Nature.

"Keunggulan utama jam nuklir baru di Wina adalah jika Anda menggunakan inti atom alih-alih atom utuh, presisi yang jauh lebih tinggi secara prinsip dapat dicapai," ujar Thorsten Schumm, salah satu penulis studi dan profesor di Vienna University of Technology, dalam sebuah pernyataan.

Jaringan jam atom dunia memang sudah sangat akurat. Perangkat ini menopang berbagai kebutuhan modern, dari sistem GPS hingga komunikasi internet. Jam atom bekerja dengan menyetel laser ke frekuensi cahaya yang tepat sehingga elektron atom melompat antara dua tingkat energi. Jam nuklir, sesuai namanya, melangkah lebih dalam: menargetkan lompatan di dalam inti atom. Laser difokuskan pada getaran satu inti, bukan seluruh atom. Sebagai perbandingan, inti atom puluhan ribu kali lebih kecil daripada atom yang mengelilinginya.

Menjaga waktu dalam jam nuklir menuntut laser tetap selaras dengan inti saat beralih keadaan. Proses ini kadang disebut secara informal sebagai "meremas" inti. Meremas inti atom biasanya membutuhkan energi sangat besar. Namun, isotop thorium-229 adalah pengecualian langka, itulah sebabnya kedua tim—dari Vienna University of Technology dan Tsinghua University di Beijing—membangun jam mereka berdasarkan isotop tersebut.

"Ide dasarnya sederhana: Anda punya laser dan Anda punya thorium. Laser mengubah keadaan energi inti thorium, dan inti thorium digunakan untuk menstabilkan frekuensi laser."

— Thorsten Schumm, penulis studi

Kedua prototipe ini merupakan hasil riset bertahun-tahun. Kristal thorium yang digunakan untuk keduanya ditumbuhkan secara terpisah, tetapi pada waktu yang hampir bersamaan. Sejauh ini, pengujian menunjukkan versi Tiongkok sekitar enam kali lebih stabil daripada jam di Wina. Sementara itu, prototipe Wina dilaporkan sebagai jam nuklir pertama yang menstabilkan diri dengan cara serupa jam atom. Schumm baru-baru ini kepada South China Morning Post menyebut perkembangan paralel ini sebagai "kompetisi global yang sengit namun bersahabat."

Jam nuklir mungkin pada akhirnya jauh melampaui pendahulunya, tetapi belum sampai ke titik itu. Para peneliti memperkirakan prototipe baru ini dapat melenceng sekitar satu detik setiap 30 juta tahun. Itu kira-kira 10 kali lebih buruk daripada jam sesium yang saat ini mendefinisikan satuan detik resmi. Meski demikian, para peneliti berharap laser yang lebih kuat dan efisien serta kristal thorium yang lebih baik akan membuat setiap generasi jam nuklir semakin akurat, hingga akhirnya melampaui jam atom sepenuhnya.

Bagi Indonesia, perkembangan ini bukan sekadar wacana ilmiah. Infrastruktur telekomunikasi, navigasi, dan keuangan nasional bergantung pada sinkronisasi waktu yang presisi. Ketika negara-negara maju berlomba menguasai jam nuklir, adopsi teknologi ini dapat memengaruhi standar waktu internasional yang selama ini menjadi acuan. Lembaga seperti Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN) serta perguruan tinggi dalam negeri perlu menyiapkan sumber daya manusia dan kolaborasi riset agar tidak tertinggal dalam transisi dari jam atom ke jam nuklir.

Pertanyaannya, siapa yang akan lebih dulu membawa jam nuklir dari laboratorium ke aplikasi nyata? Jika perlombaan ini berlanjut, standar detik global bisa didefinisikan ulang dalam satu atau dua dekade mendatang—dan negara yang menguasai teknologinya akan memegang kendali atas salah satu fondasi paling fundamental peradaban modern.