Một nhóm nhỏ nghiên cứu của Singapore đã vượt mặt các nhà khoa học ở Trung Quốc và Mỹ để chế tạo chiếc đồng hồ nguyên tử chính xác nhất thế giới.
Chiếc đồng hồ, được chế tạo từ một ion duy nhất của một nguyên tố kim loại đất hiếm có tên là lutetium, chính xác đến mức đồng hồ sẽ sai lệch 1 giây sau mỗi 260 tỷ năm – gần gấp 20 lần tuổi của vũ trụ.
Chiếc đồng hồ có độ chính xác gấp khoảng 4 lần so với kỷ lục trước đó do một nhóm nghiên cứu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc tại Vũ Hán phát triển, và cũng vượt trội hơn so với một chiếc đồng hồ ion nhôm được Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ công bố năm ngoái.
Theo nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Công nghệ Lượng tử thuộc Đại học Quốc gia Singapore, công trình nghiên cứu kéo dài 1 thập kỷ này có thể cải thiện độ chính xác về thời gian và giúp mở đường cho việc định nghĩa lại giây.
Các nhà nghiên cứu viết trong một bài báo được công bố tuần trước trên tạp chí Nature rằng công nghệ này cũng có thể cung cấp một công cụ mạnh mẽ để kiểm tra các định luật vật lý cơ bản, từ thuyết tương đối rộng của Einstein đến việc tìm kiếm vật chất tối.
Murray Barrett, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết ông chưa thấy khả năng chiếc đồng hồ của nhóm “có thể bị đánh bại” trong tương lai, đồng thời chỉ ra khả năng chống chịu đặc biệt của lutetium đối với sự thay đổi nhiệt độ và từ trường.
Theo một tuyên bố của trường đại học, Barrett cho biết đồng hồ sẽ duy trì ổn định "từ nơi nóng nhất từng được ghi nhận trên Trái đất ở Thung lũng Chết đến nơi lạnh nhất ở cao nguyên Nam Cực".
Trong phần lớn lịch sử loài người, thời gian được đo bằng cách quan sát bầu trời – từ chuyển động của mặt trời trên bầu trời đến sự quay của Trái đất và chuyển động của mặt trăng.
Khi đồng hồ cơ khí xuất hiện ở châu Âu vào thế kỷ 13, các bánh răng chuyển động đều đặn đã giúp con người có thể đo thời gian mà không cần quan sát bầu trời.
Đồng hồ nguyên tử đã nâng độ chính xác lên một tầm cao mới, sử dụng sóng vi ba hoặc tia laser để đo các nguyên tử có electron nhảy qua lại giữa các trạng thái năng lượng, giống như những con lắc nhỏ đung đưa đồng bộ. Thời gian chính xác của chúng rất cần thiết cho các công nghệ hiện đại như GPS, viễn thông và hệ thống định vị.
Các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới đang chạy đua để cải tiến công nghệ này. Các đồng hồ quang học hàng đầu ở Mỹ, Trung Quốc, châu Âu và Nhật Bản đã sử dụng các nguyên tố như stronti và ytterbi, có các nguyên tử chuyển tiếp cực kỳ ổn định có thể được đo chính xác bằng tia laser.
Nhóm nghiên cứu Singapore cho biết họ có lẽ là nhóm duy nhất trên thế giới sử dụng lutetium cho đồng hồ nguyên tử. Lutetium còn có một ưu điểm khác thường: có thể duy trì trạng thái kích thích trong khoảng một tuần, so với chỉ vài phút đối với strontium.
Theo bài báo, điều này giúp các nhà khoa học có thêm thời gian để đo tần số của nó một cách chính xác hơn.
Để kiểm chứng độ chính xác của đồng hồ, các nhà nghiên cứu đã chế tạo hai chiếc đồng hồ lutetium độc lập và so sánh trực tiếp chúng. Sau 200 giờ đo, 2 chiếc đồng hồ cho kết quả trùng khớp trong phạm vi 5,7 phần trên 10¹⁹ – đây là sự so sánh chính xác nhất giữa 2 đồng hồ nguyên tử từng được ghi nhận, theo các nhà nghiên cứu.
Nhóm nghiên cứu cho biết bước tiếp theo của họ là thu nhỏ chiếc đồng hồ thành một hệ thống di động để có thể mang ra khỏi phòng thí nghiệm mà không làm giảm độ chính xác.
Theo SCMP
