Một nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã phát triển một chiếc đồng hồ quang học cực kỳ chính xác, chỉ mất một giây sau mỗi 7,2 tỷ năm .
Sử dụng nguyên tử strontium siêu lạnh và chùm tia laser cực mạnh , một nhóm nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã tạo ra một chiếc đồng hồ ổn định với độ lệch dưới 5 phần tỷ. Thành tích này khiến Trung Quốc trở thành quốc gia thứ hai trên thế giới sau Mỹ đạt được mức độ chính xác về thời gian như vậy. Theo nhóm nghiên cứu do nhà vật lý Pan Jianwei dẫn đầu, nó cũng đặt nền tảng quan trọng cho việc thiết lập một mạng lưới đồng hồ quang học toàn cầu. Ngoài ra, chiếc đồng hồ còn mở ra nhiều hướng đi mới trong việc kiểm tra các giả thuyết vật lý cơ bản, phát hiện sóng hấp dẫn và kiểm tra vật chất tối, Sun đưa tin ngày 29/1.
Đồng hồ quang học sử dụng nguyên tử stronti. (Ảnh: Thư viện ảnh khoa học).
Kỷ lục hiện nay về đồng hồ quang học strontium chính xác nhất đang được giữ bởi Đại học Colorado ở Boulder, với chiếc đồng hồ được phát triển bởi nhà vật lý người Mỹ gốc Trung Quốc Jun Ye và các đồng nghiệp của ông. Thiết bị này chính xác hơn một chút so với đối thủ Trung Quốc và hoạt động ổn định hơn. Những tên tuổi lớn khác trong cuộc đua bao gồm Đại học Tokyo và Viện Nghiên cứu Vật lý Hóa học ở Nhật Bản và Viện Thiên văn Quốc gia Đức.
Đồng hồ quang học có tiềm năng ứng dụng lớn trong cơ sở hạ tầng quan trọng trong tương lai. Chúng có thể nâng cao đáng kể độ chính xác của hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu, giúp xây dựng mạng lưới liên lạc có độ an toàn cao dựa trên phân phối khóa lượng tử. Chúng cũng cải thiện tính đồng bộ và hiệu quả của lưới điện, thậm chí còn đóng vai trò quan trọng trong an ninh và quốc phòng.
Hiện tại, định nghĩa về giây được dựa trên đồng hồ đám mây nguyên tử vi sóng. Nó hoạt động bằng cách giải phóng các nguyên tử Caesium hướng lên trên để chúng rơi dưới tác dụng của trọng lực, theo chuyển động giống như đài phun nước khi chúng bị kích thích bằng xung vi sóng. Các electron của chúng sau đó hấp thụ và phát ra các hạt ánh sáng dao động giữa các mức năng lượng khác nhau. Bằng cách đếm các chu kỳ đánh dấu một phần của giây, các nhà khoa học có thể tính toán chính xác thời gian với độ ổn định vài phần triệu tỷ. Nhưng độ chính xác của đồng hồ vi sóng bị hạn chế bởi các tiêu chuẩn tần số vi sóng. Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã tạo ra đồng hồ nguyên tử sử dụng ánh sáng laser để thúc đẩy quá trình chuyển đổi điện tử và đạt được hiệu suất gấp đôi so với đồng hồ sử dụng vi sóng.
Tuy nhiên, nếu trong tương lai đồng hồ vi sóng được thay thế bằng đồng hồ quang học để xác định thời gian thì ít nhất 3 phòng thí nghiệm trên thế giới sẽ cần đồng hồ quang học có độ ổn định dưới 5 phần nghìn tỷ và độ lệch dưới 2 phần tỷ. Đó là hai thông số chính đo lường hiệu suất và độ tin cậy của đồng hồ quang học.
Trong nghiên cứu, nhóm của Pan trước tiên làm lạnh các nguyên tử strontium-87 đến nhiệt độ vài micro-Kelvin, sau đó giữ chúng trong mạng một chiều được tạo ra bằng cách giao nhau các chùm tia laser. Tiếp theo, họ sử dụng tia laser siêu ổn định để tương tác với nguyên tử strontium-87 và kích thích sự chuyển đổi nguyên tử với độ chính xác cao. Họ tính toán rằng đồng hồ mới chỉ lệch đi một giây sau mỗi 7,2 tỷ năm. Nhóm nghiên cứu đang lên kế hoạch tiến hành so sánh giữa các đồng hồ quang học được chế tạo bằng các loại nguyên tử khác nhau như strontium-87 và ytterbium-171.
- Đồng hồ nguyên tử của Trung Quốc cứ 30 tỷ năm lại lệch một giây
- Mỹ chế tạo đồng hồ nguyên tử chính xác nhất thế giới, lập kỷ lục mới
- Đồng hồ Ngày tận thế đứng yên vào năm 2024
