Đồng hồ chính xác nhất thế giới, gần 32 triệu năm mới sai một lần

Các nhà vật lý từ Đại học Colorado (Mỹ) vừa sáng chế ra chiếc đồng hồ nguyên tử vô cùng chính xác, với sai lệch chỉ một phần triệu tỷ giây. Nói cách khác, phải sau 32 triệu năm nó mới sai một lần.

Đồng hồ nguyên tử đã được phát minh từ năm 1948, nhưng thiết kế mới của các nhà vật lý từ Đại học Colorado có một cải tiến đột phá. Đó là đưa các nguyên tử strontium (là yếu tố thực hiện phép đo thời gian) vào trong một khối lập phương nhỏ xíu ba chiều với mật độ lớn hơn 1.000 lần so với các loại đồng hồ nguyên tử một chiều trước đó.

Điều ngày cho phép các nhà nghiên cứu sử dụng các tia laser siêu ổn định để điều chỉnh hành vi của khí lượng tử, từ đó tạo nên bộ đo lường thời gian.

Kết quả tạo ra một thiết bị đếm nhịp ổn định với độ chính xác gấp sáu lần so với các phương tiện đo tối tân nhất hiện nay. Nhà vật lý Jun Ye, thuộc Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (Mỹ) cho rằng: “Độ chính xác và ổn định của thiết bị mới chỉ bị giới hạn bởi các định luật cơ bản của tự nhiên, ví như cơ lượng tử”.

Đồng hồ có cấu tạo từ vài nghìn nguyên tử strotium, được giữ trong các cột có kích thước 30×30 micromet ở mạng quang học hình thành từ ánh sáng laser cường độ cao. Tính ổn định của nó được cải thiện đến 50%.

Điểm khác biệt so với các nghiên cứu trước đó là cách sắp xếp các nguyên tử strontium. Ở các mẫu thiết kế trước, lưới quang học thường bị mất ổn định vì cấu trúc mạng nguyên tử bị biến dạng do hư hao. Thiết kế mới đưa các nguyên tử lại gần nhau hơn trong một mạng tinh thể chặt chẽ, giống như cách người ta xếp trứng gà vào trong các vỉ trứng vậy.

Với cách thức sắp xếp như vậy, nguyên tử gần như được cố định tại vị trí. Nhà vật lý Jun Ye còn cho biết thêm: “Các nguyên tử trong đồng hồ nguyên tử thế hệ mới luôn được kiểm soát ở trong các trạng thái có thể điều khiển hoàn chỉnh của cơ lượng tử, càng sử dụng nhiều nguyên tử strontium, tín hiệu đồng hồ càng chính xác”.

Việc chế tạo chiếc đồng hồ nguyên tử với độ chính xác cao là một bước tiến trong khoa học đo lường và vật lý lượng tử. Phát minh là kết quả của hành trình đi tìm lời giải cho mối liên hệ giữa vật lý lượng tử và trọng trường, cũng như là cơ sở để tiếp tục tìm hiểu những vấn đề khác, như là hố đen.

Ye khẳng định: “Cùng với nghiên cứu khoa học, chúng tôi cũng phát triển những công nghệ mới như cảm biến lượng tử có thể được áp dụng với nhiều thiết bị phục vụ cho xã hội. Một chiếc đồng hồ nguyên tử chính xác hơn là tiền đề xây dựng các đại lượng vật lý và những tiêu chuẩn của xã hội hiện đại, đóng vai trò quan trọng trong những phương tiện liên lạc thế hệ mới và những nhiệm vụ vũ trụ trong tương lai”.

Video: 

Sơn Tùng