Ekkehard Peik Sang Bapak Waktu: Fisikawan yang Berambisi Membangun Jam Nuklir Pertama di Dunia

Ekkehard Peik adalah bagian dari Nature ’s 10, Sepuluh tokoh yang memiliki pengaruh besar terhadap sains pada tahun 2024.

U-MetaNews -- Ekkehard Peik mengira hanya butuh beberapa bulan untuk menciptakan bahan dasar jam baru yang radikal. Pada tahun 2001, ia dan rekannya Christian Tamm mengusulkan sebuah perangkat yang berpotensi lebih presisi dan portabel daripada jam atom terbaik di dunia.

Perkiraan Peik meleset lebih dari dua dekade. Namun tahun ini, timnya dan dua kelompok lainnya berhasil mencapai apa yang dulu dirintisnya bersama Tamm, yaitu detak pertama jam yang berdasarkan pergeseran energi kecil di dalam inti atom .

Jam atom terbaik di dunia saat ini bergantung pada transisi energi elektron yang mengorbit inti atom. Jam ini sangat akurat sehingga hanya bertambah atau berkurang satu detik setiap 40 miliar tahun .

Peik dan Tamm, keduanya fisikawan di PTB, lembaga metrologi nasional Jerman di Braunschweig, muncul dengan gagasan pendekatan nuklir. "Kami pikir kami bisa dengan cepat melakukan semacam eksperimen demonstrasi," kata Peik. 

Selama lebih dari setahun, mereka mencoba berbagai cara untuk mendorong inti thorium-229 radioaktif ke dalam keadaan tereksitasi. Kemudian mereka perlu menyetel laser ke energi transisi inti dan akhirnya menggunakan frekuensinya untuk menandai waktu. "Tetapi semua eksperimen gagal," katanya.

Tamm kemudian pensiun, tetapi Peik tetap mengerjakan masalah tersebut. Kegigihannya membuahkan hasil tahun ini ketika ia menjadi yang pertama dari tiga kelompok yang merangsang nukleus agar "berdetak" . Masih ada jalan yang harus ditempuh sebelum sistem semacam ini dapat menggantikan jam yang paling presisi. Namun, senjata pemicu telah ditembakkan. "Sekarang semua orang menginginkannya," kata Thorsten Schumm, seorang fisikawan atom dan kolaborator Peik di Universitas Teknologi Wina.

Peik menganggap jam presisi selalu menarik. Ia sangat senang dengan perpaduan fisika fundamental dan aplikasi praktisnya. Ide untuk menciptakan jenis jam yang sama sekali baru muncul ketika rekannya di PTB, ahli metrologi Uwe Sterr, menemukan keanehan dalam literatur fisika nuklir. Penelitian menunjukkan bahwa inti thorium-229 pasti memiliki keadaan tereksitasi berenergi sangat rendah — sangat rendah sehingga memungkinkan untuk menginduksi transisi tersebut dengan laser presisi. Bagi fisikawan nuklir, transisi ini merupakan hal yang menarik. Namun, Peik dan Tamm melihat bahwa mereka dapat menggunakannya untuk membuat jam. "Sangat logis untuk ditindaklanjuti," kata Peik. "Tidak ada yang pernah melakukan ini."

Baca juga:
Paul Munster Berharap Dukungan Langsung Bonek Datang Ke Stadion

Dengan mendalami fisika nuklir, Peik menyadari bahwa jam thorium-229 memiliki banyak kelebihan. Jam nuklir ini tidak hanya lebih akurat daripada jam atom, tetapi juga lebih kuat, karena inti atom kurang sensitif terhadap medan elektromagnetik dibandingkan elektron.

Agar berhasil, mereka harus menemukan energi transisi. Mereka menjadi kreatif, menyetrum thorium dengan lampu, laser, dan radiasi berdaya tinggi untuk menyetrum nukleusnya ke keadaan energi yang lebih tinggi. Namun, setiap metode gagal. Meski begitu, mereka belajar sesuatu dari setiap percobaan. Itu sudah cukup untuk membuat mereka terus maju, kata Peik.

Schumm, yang bergabung dalam upaya tersebut pada tahun 2010, memuji Peik karena yakin akan ide-idenya. “Karakternya yang kuat yang menyebabkannya dapat mencapai tahap sejauh ini.”

Kesuksesan dapat diraih berkat upayanya memperluas proyek menjadi konsorsium di seluruh Eropa dengan melibatkan berbagai pendekatan . Masih mencoba ide-ide dari makalah tahun 2003, lab Schumm mulai menanamkan triliunan atom thorium-229 dalam kristal, untuk meningkatkan sinyal transisi agar lebih mudah dideteksi. Sementara itu, lab Peik membangun laser ultraviolet yang dapat merangsang nukleus.

Pada tahun 2023, rekan-rekan konsorsium di CERN, laboratorium fisika partikel Eropa di dekat Jenewa, Swiss, mengamati transisi energi yang terjadi secara alami, dengan menghasilkan unsur radioaktif berumur pendek yang kemudian berubah menjadi thorium-229. Kini tim Peik dan Schumm memiliki gagasan yang lebih baik tentang di mana harus mencari dan menemukan frekuensi laser yang tepat, mereka berhasil memicu transisinya. "Kami semua sangat bersemangat," kata Peik.

Sejak saat itu, fisikawan di Amerika Serikat telah mengambil langkah pertama dalam mengubah transisi menjadi sebuah jam. Dan karena tanda waktu bergantung pada gaya fundamental dalam nukleus, para peneliti menggunakannya untuk mengeksplorasi fisika dasar, seperti sifat materi gelap .

Namun, agar jam nuklir ini sesuai ekspektasi, fisikawan perlu membuat laser yang lebih ringkas dan presisi, serta memahami sumber ketidakpastian dengan lebih baik, seperti bagaimana energi transisi bergantung pada jenis material kristal. Kini setelah bidang ini mulai berkembang, Peik tidak berencana untuk bersantai. "Sekali lagi, ini tentang menunggu ide dan kemajuan eksperimental," katanya. "Saya penasaran apa yang akan terjadi selanjutnya." (*)