Đồng hồ chính xác nhất thế giới: 15 tỷ năm chỉ sai đúng 1 giây

[thuha19051234]

Đồng hồ mạng tinh thể quang học strontium do nhà khoa học người Mỹ Jun Ye cùng đồng nghiệp phát minh, được cho là độ chính xác gấp 50 lần những chiếc đồng hồ nguyên tử tốt nhất hiện nay.

"Chiếc đồng hồ chính xác nhất từng được chế tạo"​

Sau khoảng thời gian khoảng 15 tỷ năm, chiếc đồng hồ này chỉ lệch 1 giây. Nó hiện được đặt ở phòng thí nghiệm dưới tầng hầm của Jun Ye tại Đại học Colorad. Bằng thành tựu này, nhà khoa học người Mỹ gốc Hoa cùng với Hidetoshi Katori của Nhật Bản sẽ chia nhau khoản tiền thưởng 3 triệu USD, với tư cách là người đồng đoạt Giải thưởng đột phá năm 2022 về Vật lý Cơ bản.
Cả hai nhà phát minh với vai trò hoạt động độc lập, đã phát triển các kỹ thuật sử dụng tia laser để bẫy và làm nguội các nguyên tử. Sau đó khai thác các rung động của chúng để điều khiển một thiết bị được gọi là "đồng hồ mạng tinh thể quang học", thiết bị đo thời gian chính xác nhất từng được chế tạo.
Để so sánh về độ chính xác, các đồng hồ nguyên tử hiện nay cứ theo chu kỳ 100 triệu năm lại lệch khoảng 1 giây. Còn thiết bị của họ là chu kỳ 15 tỷ năm, một khoảng cách rất lớn. Nhưng điều gì đã làm cho mô hình này trở nên chính xác đến mức gần tuyệt đối như vậy?

Đồng hồ mạng tinh thể quang học strontium
Để làm điều này, họ đã tạo ra một "mạng tinh thể quang học", được tạo ra bởi các sóng laser di chuyển theo những hướng ngược nhau.
Trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra thời gian di chuyển chậm hơn khi đồng hồ di chuyển gần mặt đất hơn 1 cm, phù hợp với dự đoán của Einstein về thuyết tương đối.
Họ cũng nhận ra cần một cách để "bẫy" các nguyên tử (trong trường hợp này là nguyên tố stronti), cũng như giữ chúng yên ở nhiệt độ cực thấp để giúp đo thời gian một cách chính xác. Trường hợp các nguyên tử rơi xuống do trọng lực hoặc chuyển động khác, sẽ bị mất chính xác và thuyết tương đối sẽ gây ra hàng loạt tác động làm sai lệch thời gian hiện hành.
Phòng thí nghiệm của Katori và Ye đã tìm ra cách để cải thiện đồng hồ nguyên tử hơn nữa, bằng cách di chuyển các dao động đến điểm cuối có thể nhìn thấy được của quang phổ điện từ. Có tần số cao hơn hàng trăm nghìn lần so với tần số được sử dụng trong đồng hồ nguyên tử hiện nay, khiến chúng chính xác hơn.

Chính xác đến vậy để làm gì?​

Jun Ye nói rằng "Nó thực sự là một công cụ cho phép bạn thăm dò cấu trúc cơ bản của không-thời gian trong vũ trụ."
Được áp dụng cho công nghệ hiện tại, những chiếc đồng hồ này có thể cải thiện độ chính xác của định vị GPS lên một phần nghìn, hoặc giúp tàu không người lái hạ cánh một cách trơn tru trên sao Hỏa.

Mô hình được lưu trữ tại phòng thí nghiệm
Ye rất hào hứng về khả năng sử dụng của chiếc đồng hồ. Chẳng hạn việc đồng bộ hóa đồng hồ của những đài quan sát tốt nhất trên thế giới xuống từng phần nhỏ nhất của giây, cho phép các nhà thiên văn học nghiên cứu tốt hơn về các lỗ đen. Đồng hồ tốt hơn cũng có thể làm sáng tỏ những quá trình hình thành địa chất của Trái Đất.
Thuyết tương đối cho chúng ta biết thời gian chậm lại khi nó tiếp cận một vật thể khổng lồ. Vì thế, một chiếc đồng hồ đủ chính xác có thể cho các nhà khoa học biết sự khác biệt giữa đá rắn và dung nham núi lửa dưới bề mặt, giúp dự đoán một vụ phun trào trước khi nó xảy ra. Hoặc phục vụ đo mực nước đại dương, lượng nước chảy bên dưới lòng sa mạc...
Thách thức tiếp theo của nó là thu nhỏ và tối ưu hóa công nghệ, hòng đưa ra khỏi phòng thí nghiệm để ứng dụng rộng rãi hơn. Các nhà khoa học cũng thừa nhận nhiều khi rất khó giải thích những khái niệm vật lý cơ bản cho công chúng. Tuy nhiên, nếu được mô tả về đồng hồ, mọi người sẽ dễ hình dung hơn vì đó là một thứ hữu hình. Phần nào cải thiện nhận thức và kiến thức về ngành vật lý.

>>> Kiểm chứng thuyết tương đối của Einstein.

Nguồn: arabnews, Phys