Con người vừa tạo ra đồng hồ nguyên tử lutetium chính xác nhất thế giới

Theo nhóm nghiên cứu, đồng hồ có thể đo tần số tới 19 chữ số thập phân, với độ không chắc chắn chỉ 1 phần trong 10 tỷ tỷ.

“Tôi tin rằng thứ chúng tôi có hiện nay là chiếc đồng hồ chính xác nhất thế giới”, Murray Barrett, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết.

Đồng hồ lutetium mới đạt độ chính xác cao nhất từng được báo cáo. Ảnh: Shutterstock.

Khác với đồng hồ thông thường, đồng hồ nguyên tử không dựa vào bánh răng hay con lắc. Nó đo thời gian thông qua những dao động cực kỳ ổn định bên trong nguyên tử. Trong thiết bị mới, nhóm nghiên cứu sử dụng một ion lutetium-176 kết hợp với laser.

Lutetium có một lợi thế lớn là ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và từ trường. Đây là hai yếu tố có thể khiến đồng hồ nguyên tử bị sai lệch. Nhóm nghiên cứu đã mất hơn 10 năm để tìm hiểu nguyên tố này và hoàn thiện thiết bị.

Để kiểm tra kết quả, họ chế tạo hai đồng hồ lutetium rồi cho chúng chạy song song trong hơn 200 giờ. Hai thiết bị cho kết quả gần như giống nhau, tạo nên phép so sánh đồng hồ chính xác nhất từng được thực hiện.

Điều thú vị là độ chính xác đã đạt tới mức chênh lệch độ cao chỉ 5 mm cũng trở thành vấn đề.

Theo thuyết tương đối rộng, trọng lực có thể ảnh hưởng đến tốc độ trôi của thời gian. Vì vậy, một chiếc đồng hồ đặt cao hơn chiếc còn lại sẽ chạy nhanh hơn một lượng cực nhỏ.

Với đồng hồ thông thường, sự khác biệt này hoàn toàn không đáng kể. Nhưng với hai đồng hồ lutetium, chỉ cần chúng nằm lệch nhau khoảng 5 mm trên cùng một chiếc bàn, nhóm nghiên cứu đã phải tính đến ảnh hưởng của trọng lực. Họ thậm chí phải đo độ cao của hai ion với độ chính xác dưới 1 mm để tránh làm sai lệch kết quả.

Các thành viên nhóm nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đồng hồ lutetium tại Đại học Quốc gia Singapore. Ảnh: Centre for Quantum Technologies.

Hiện nay, đơn vị giây vẫn được xác định dựa trên nguyên tử cesium, tiêu chuẩn đã được sử dụng từ những năm 1960. Tuy nhiên, các đồng hồ quang học thế hệ mới đang ngày càng chính xác hơn và có thể trở thành cơ sở để định nghĩa lại một giây từ năm 2030 hoặc sau đó.

Độ nhạy đặc biệt của chúng còn có thể phục vụ những mục đích khác ngoài đo thời gian. Nếu được đưa ra khỏi phòng thí nghiệm, các đồng hồ như vậy có thể giúp các nhà khoa học đo những thay đổi rất nhỏ của trọng lực ở các khu vực khác nhau trên Trái Đất.

Nhóm nghiên cứu hiện muốn thu nhỏ đồng hồ lutetium thành một hệ thống có thể vận chuyển mà không làm giảm độ chính xác. Khi đó, thiết bị có thể được mang tới nhiều địa điểm thay vì chỉ hoạt động trong điều kiện được kiểm soát chặt chẽ của phòng thí nghiệm.