Theo Phys.org, thiết bị được phát triển bởi nhóm của Beichen Huang tại Đại học Thanh Hoa, Trung Quốc, và Luca Toscani De Col tại Trung tâm Khoa học và Công nghệ lượng tử Vienna ở Áo, sử dụng hạt nhân của thorium-229 để đo thời gian. Thiết bị có độ chính xác vượt qua những đồng hồ nguyên tử tốt nhất hiện nay. Tính đến nay, đồng hồ nguyên tử là chính xác nhất, đo thời gian bằng cách ghi nhận tần số phát ra khi electron dao động giữa các mức năng lượng nguyên tử. Vì rất ổn định, những tần số này dễ dự đoán, cho phép người quan sát theo dõi thời gian trôi qua bằng cách đếm số lần dao động. Về lý thuyết, đồng hồ hạt nhân có thể hoạt động theo nguyên tắc tương tự nhưng chúng dựa vào chuyển đổi năng lượng của proton và neutron bên trong hạt nhân thay vì electron. Do hạt nhân bị cách ly với môi trường nhiều hơn electron xung quanh, nó ít bị ảnh hưởng bởi điện trường và từ trường hơn. Do đó, đồng hồ hạt nhân có độ chính xác và độ bền cao hơn so với đồng hồ nguyên tử hiện nay. Tuy nhiên, theo Interesting Engineering, vấn đề là phần lớn các chuyển đổi năng lượng hạt nhân đều quá mạnh nên không thể điều khiển bằng laser mà phải dùng tia gamma năng lượng cao. Nhưng thorium-229 (Th-229), đồng vị phóng xạ của nguyên tố Thori, là ngoại lệ đặc biệt do có mức năng lượng kích thích hạt nhân cực thấp, cho phép điều khiển bằng ánh sáng laser. Các nhà vật lý từ lâu đã xác định thorium-229 là lựa chọn khả thi duy nhất để chế tạo đồng hồ hạt nhân. Dù vậy, công cuộc chế tạo vẫn đầy thách thức bởi việc chuyển đổi năng lượng xảy ra ở bước sóng khoảng 148 nanomet, nằm sâu trong vùng tử ngoại chân không (vùng bức xạ điện từ trong phổ tia cực tím với bước sóng cực ngắn từ 100 đến 200 nm). Do đó, giới chuyên gia rất khó tạo ra ánh sáng laser ổn định ở bước sóng này và phối hợp chính xác với quá trình chuyển đổi hạt nhân.
Tinh thể canxi florua chứa thorium nằm ở trung tâm của đồng hồ hạt nhân mới. Ảnh: Luca Toscani De Col
