Viyana Teknik Üniversitesi'nin (TU Wien) Atom Enstitüsü'nde, bir vakum odasının içinde milimetre boyunda bir kalsiyum florür kristali duruyor. Kristalin içine toryum-229 atomları gömülü ve kristal oda sıcaklığında. Nature dergisi 7 Ekim 2026'da bu kristale dayanan saatin bir günden uzun süre kendi kendini ayarlayarak çalıştığını bildiren makaleyi yayımladı.1 Aynı gün Pekin'deki Tsinghua Üniversitesi'nden bir ekibin benzer kristallerle kurduğu ikinci saat de dergide yer aldı.2

İkisi de zamanı bir atom çekirdeğinin içindeki geçişle sayan ilk çalışan saatler.

Bu yazıda neler var?

Sarkacın yerine çekirdek

Her saat düzenli tekrar eden bir şeyi sayar. Duvar saatinde bu bir sarkaçtır, kol saatinde titreşen küçük bir kuvars parçası. Resmî saniye ise 1967'den beri sezyum atomundan geliyor: bir saniye, sezyum-133 atomunu iki enerji düzeyi arasında geçiren ışınımın 9.192.631.770 kez salınmasına eşit.3 Londra'daki Ulusal Fizik Laboratuvarı'nda (NPL) 1955'te kurulan ilk sezyum saati 300 yılda bir saniye şaşıyordu.4

Pirinç ve bakır parçalardan oluşan, üzerinde küçük etiketler bulunan eski sezyum atom saatinin yakın çekimi
Louis Essen ile Jack Parry'nin 1955'te NPL'de kurduğu ilk sezyum saati, bugün Londra'daki Science Museum'da. Etiketlerden biri sezyum fırınını, diğeri atom demetini saptıran ilk mıknatısı gösteriyor. Fotoğraf: Richard Ash, 2013, CC BY-SA 2.0, Wikimedia Commons

Elektronlar atomun dış katmanında dolaşır ve çevredeki elektrik ve manyetik alanlardan kolayca etkilenir. En iyi atom saatleri bu yüzden atomları vakumda, mutlak sıfıra yakın sıcaklıkta, lazerle kurulmuş tuzaklarda korur. Çekirdek ise atomdan on bin kattan fazla küçüktür ve dış etkilere çok daha zayıf tepki verir.5 Çekirdeğin bir enerji geçişini saat olarak kullanabilirsen onu oda sıcaklığında, katı bir kristalin içinde bile tutabilirsin. Ne var ki çekirdeklerin enerji basamakları genellikle hiçbir lazerin erişemeyeceği kadar yüksektir. Bilinen tek istisna toryum-229.

Fizikçiler L. A. Kroger ile C. W. Reich bu çekirdeğin olağandışı alçak bir enerji düzeyi taşıdığına dair ilk işareti 1976'da, uranyum-233'ün bozunmasını incelerken buldu.6 Basamağın yeri ancak Nisan 2024'te kesinleşti. Almanya'nın ulusal metroloji enstitüsü PTB ile TU Wien'in ortak ekibi çekirdeği 148,38 nanometrelik vakum morötesi ışıkla uyardı.7 Bu dalga boyunu hava yutar, deney bu yüzden vakumda yapılır. Aynı yılın eylülünde ABD'deki JILA laboratuvarı geçişin frekansını bir stronsiyum atom saatine bağlayarak 2.020.407.384.335 kilohertz olarak ölçtü.8

Saati çekirdek ayarlıyor

2024 deneylerinde toryum ölçülen taraftı. Lazeri hizada tutan yine sıradan bir atom saatiydi. Yeni makalelerde ilişki tersine dönüyor: lazer kristale vuruyor ve toryum çekirdekleri ışığı ancak frekans tam yerindeyse yutuyor. Frekans biraz kayınca yutulan ışık azalıyor, sistem bunu fark edip lazeri geri çekiyor.5 Atom saatleri onlarca yıldır bu geri besleme döngüsüyle çalışıyor. Döngü bir atom çekirdeğiyle ilk kez kapandı.

Mavi ışıkla aydınlanmış vakum odasının penceresinden görünen, metal bir tutucuya yerleştirilmiş küçük kristal ve ona dikey olarak inen ince pembe lazer ışını
Viyana'daki saatin kalbi: vakum odasında metal bir tutucuya yerleştirilmiş toryum katkılı kalsiyum florür kristali ve içinden geçen lazer ışını. Fotoğraf: TU Wien

Bunun için beklemenin de kısalması gerekiyordu. Uyarılan toryum çekirdeği kristalde ışığı ortalama on dakika kadar sonra geri veriyor.1 Her ölçüm uzun bir bekleme demekti. TU Wien ekibi 16 Eylül'de yayımlanan bir önceki makalede geri dönen ışığı beklemek yerine kristalden geçen ışıktaki azalmayı ölçtü.9 Saatin saniyeler içinde düzeltme yapabilmesini bu yöntem sağladı.

Thorsten Schumm'un ekibi Viyana'daki saati, Avusturya Federal Metroloji ve Ölçme Dairesi'ndeki (BEV) bir iterbiyum iyon saatiyle fiber hat üzerinden karşılaştırdı. Saat bir günü aşkın süre müdahalesiz çalıştı ve bir günlük ortalamada kararlılığı 10⁻¹⁵ düzeyine, yani katrilyonda bire yaklaştı.1 Üniversitenin açıklamasına göre bu, kabaca 30 milyon yılda 1 saniyelik sapma demek.5

Rakamlarla
148,38 nm
Toryum-229 çekirdeğini uyaran ışığın dalga boyu; vakum morötesi bölgede olduğu için hava bu ışığı yutuyor.Tiedau ve ark., Physical Review Letters, 2024
10⁻¹⁵
Viyana prototipinin bir günlük ortalamadaki kararlılığı; TU Wien bunu 30 milyon yılda yaklaşık 1 saniye diye açıklıyor.Toscani de Col ve ark., Nature, 2026
1,4 mikrogram
Tsinghua ekibinin kristallerinden birini büyüttüğü çözeltideki toryum-229 miktarı.Huang ve ark., Nature, 2026
6 / 550
Dünya saatini oluşturan yaklaşık 550 atom saatinden Gebze'deki TÜBİTAK UME'de duranların sayısı.TÜBİTAK UME

Pekin ekibi aynı hedefe başka bir yoldan vardı. Doçent Shiqian Ding'in ekibi iki lazer ışınını 600 santigrat dereceye ısıtılmış kadmiyum buharında birleştirerek 10 mikrovatlık sürekli bir 148,4 nanometre lazeri elde etti. Kristallerinden birini de yalnızca 1,4 mikrogram toryum-229 içeren bir çözeltiden büyüttü.2 Saatin kısa süreli kararlılığı Viyana'dakinden yaklaşık altı kat iyi çıktı. Ekip, ayrı ayrı büyütülmüş iki kristalde geçiş frekansını on trilyonda bir düzeyinde aynı ölçtü. Sonuç JILA'nın başka kristallerle yaptığı ölçümle de uyumlu.

Bilim yazıları e-postana gelsin mi?
Haftada bir, böyle yazıları tek e-postada gönderiyoruz. Reklam yok, istediğin an tek tıkla ayrılırsın.

Rekorların gerisinde, ilk iş belli

İki saat de bugün en iyi optik atom saatlerinin gerisinde ve Schumm bunu kendisi söylüyor: sonuç dünyanın en iyi saatlerinin düzeyinde değil, ama ilk prototip için "harika bir sonuç".5 Viyana ekibi makalede kararlılığın gelecekteki cihazlarda birkaç basamak artabileceğini yazıyor. Bugün kristalden geçip dedektöre ulaşan ışık yalnızca 65 pikovat. Ekip ticari 3 vatlık morötesi lazerlerle bu gücün yüzlerce nanovata çıkarılabileceğini hesaplıyor.1

Böyle bir saatin işi yalnızca zaman tutmak olmayacak. Toryum geçişi, doğa sabitlerindeki olası küçük kaymalara atom saatlerinden çok daha duyarlı. Toryum saatini bir atom saatiyle yan yana çalıştırıp ikisinin oranını izlemek, bu sabitlerin zamanla değişip değişmediğini sınamaya yarıyor. Viyana ekibi oranı 20 saniyeden bir güne uzanan aralıklarda izleyerek çok hafif karanlık madde parçacıklarının yol açabileceği salınımları aradı ve bu parçacıklarla ilgili modellere yeni sınırlar koydu.1 Ekibe göre geliştirme aşamasındaki bir kristal saat bile bu aramada en gelişmiş atom saati karşılaştırmalarıyla yarışabilecek.

Türkiye'nin saati Gebze'de

Türkiye'nin resmî saati Gebze'de üretiliyor. TÜBİTAK Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME), ulusal zaman ölçeği UTC(UME)'yi 5 sezyum atom saati ve 1 hidrojen maser saatiyle oluşturuyor ve time.ume.tubitak.gov.tr adresinden ücretsiz dağıtıyor.10 UME her gece ölçüm verisini Paris yakınlarındaki Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu'na (BIPM) gönderiyor. Dünya saati 85 laboratuvardaki yaklaşık 550 atom saatinin ortak hesabından çıkıyor ve bunların 6'sı Gebze'de.11

Koyu zeminde logaritmik yatay çubuk grafik: 1955 sezyum saati 300 yıl, UTC(UME) 1,6 milyon yıl, Viyana toryum prototipi 30 milyon yıl, UME stronsiyum saati hedefi 1 milyar yıl
Dört değer aynı türden ölçüm sayılmaz. 1955 saati ve UTC(UME) için verilen sayı doğruluktur, yani gerçek saniyeden sapma. Viyana prototipininki bir günlük ortalamadaki kararlılık, UME stronsiyum saatininki ise proje hedefi. UTC(UME) değeri UME'nin bildirdiği 2×10⁻¹⁴ doğruluktan hesaplandı. Kaynak: Science Museum; TÜBİTAK UME; TU Wien. Grafik: kafa1milyon.com

UME 2018'de stronsiyum atomlarına dayalı ilk optik atom saatini geliştirme projesini duyurdu. Hedef, 1 milyar yılda 1 saniyeden az sapma.12 Enstitü Mayıs 2026'daki SAHA fuarında rubidyum ve stronsiyum optik örgü saat prototiplerini sergiledi.13 Toryum saatleri ise uzun vadede bu sınıfı da geride bırakmayı hedefliyor. Viyana'daki prototipin bugünkü değeri 30 milyon yılda 1 saniye.

Dipnotlar ve Kaynaklar

  1. Toscani de Col, L., Riebner, T., Morawetz, I. ve ark. (2026). A thorium-229 optical nuclear clock with feedback loop. Nature, 7 Ekim 2026. doi:10.1038/s41586-026-11084-4; ön baskı: arXiv:2606.04997 ↩
  2. Huang, B., Yan, G., Xiao, Q., Bu, W. ve ark. (2026). A nuclear clock synchronized to 229Th. Nature, 7 Ekim 2026. doi:10.1038/s41586-026-11122-1 ↩
  3. BIPM (2019). The International System of Units (SI), 9. baskı: saniyenin tanımı. bipm.org ↩
  4. Science Museum Group. Caesium Atomic Clock, 1955 (koleksiyon kaydı co855). collection.sciencemuseumgroup.org.uk ↩
  5. TU Wien (2026). The First Stand-Alone Nuclear Clock is Ticking in Vienna. Basın bülteni, 8 Ekim 2026. tuwien.at ↩
  6. Kroger, L. A., Reich, C. W. (1976). Features of the low-energy level scheme of 229Th as observed in the α-decay of 233U. Nuclear Physics A, 259(1), 29-60. ↩
  7. Tiedau, J., Okhapkin, M. V., Zhang, K., Thielking, J., Zitzer, G., Peik, E. ve ark. (2024). Laser Excitation of the Th-229 Nucleus. Physical Review Letters, 132, 182501. doi:10.1103/PhysRevLett.132.182501 ↩
  8. Zhang, C., Ooi, T., Higgins, J. S. ve ark. (2024). Frequency ratio of the 229mTh nuclear isomeric transition and the 87Sr atomic clock. Nature, 633, 63-70. doi:10.1038/s41586-024-07839-6 ↩
  9. Morawetz, I., Riebner, T., Toscani De Col, L. ve ark. (2026). Continuous-wave laser absorption spectroscopy of the thorium-229 nucleus. Nature, 16 Eylül 2026. doi:10.1038/s41586-026-11011-7 ↩
  10. TÜBİTAK UME. Zaman, Frekans ve Dalgaboyu Laboratuvarı. ume.tubitak.gov.tr ↩
  11. TÜBİTAK UME. "Artık Saniye" Tarih Olacak. ume.tubitak.gov.tr ↩
  12. TÜBİTAK UME (2018). TÜBİTAK UME Türkiye'nin İlk Optik Atomik Saatini Geliştirecek, 1 Ekim 2018. ume.tubitak.gov.tr ↩
  13. Duyar, Z. (2026). Türkiye'nin uygulamalı kuantum teknolojileri uluslararası çağrılarla geliştirilecek. Anadolu Ajansı, 25 Temmuz 2026. aa.com.tr ↩

Görseller: kapak (Matthias Heisler, TU Wien) ve kristal fotoğrafı TU Wien basın görselleri; sezyum saati fotoğrafı Richard Ash, CC BY-SA 2.0, Wikimedia Commons; grafik kafa1milyon.com.

Kategoriler ve Etiketler
Bilim nükleer saat toryum atom saati fizik zaman ölçümü tübitak ume
Bu yazıyı paylaş
kafa1milyon

kafa1milyon

Meraklı bir kafa. Bilimsel makaleleri, arşiv belgelerini ve saha notlarını okuyup gündelik dile çeviriyor; bilinmeyeni bilinmiyor diye yazmaktan çekinmiyor.