Vì sao đồng hồ Trung Quốc chính xác đến mức chỉ lệch một giây sau mỗi 7,2 tỷ năm?

Thứ 7, 03/02/2024 11:14
Một nhóm nghiên cứu đến từ Trung Quốc đã đạt được bước tiến đáng kể trong lĩnh vực đo lường thời gian bằng cách phát triển một chiếc đồng hồ quang học có khả năng duy trì độ chính xác đến mức sai số chỉ là một giây sau mỗi 7 tỷ năm.

Theo SCMP, bằng cách tận dụng các hạt strontium siêu lạnh cùng với sức mạnh của các tia laser, đội ngũ nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã tạo nên một chiếc đồng hồ có độ ổn định và độ không chắc chắn dưới 5 phần nghìn tỷ tỷ. Thành công này không chỉ đánh dấu việc Trung Quốc trở thành quốc gia thứ hai trên thế giới sau Mỹ đạt được mức độ chính xác cao trong việc đo lường thời gian, mà còn đặt nền móng quan trọng cho việc thiết lập một mạng lưới đồng hồ quang học toàn cầu.

Dưới sự dẫn dắt của nhà vật lý Pan Jianwei, nhóm nghiên cứu đã công bố những phát hiện của họ trong tạp chí khoa học Metrologia, được đánh giá ngang hàng vào đầu tháng này. Họ cũng nhấn mạnh rằng, phát minh này mở ra các hướng mới cho việc kiểm tra các lý thuyết vật lý cơ bản, phát hiện sóng hấp dẫn và tìm kiếm vật chất tối.

Hiện tại, kỷ lục về đồng hồ quang học chính xác nhất dựa trên strontium được giữ bởi Đại học Colorado ở Boulder (Mỹ). Chiếc đồng hồ này được phát triển bởi một nhóm nghiên cứu do nhà vật lý gốc Hoa Jun Ye dẫn đầu. Bản thân chiếc đồng hồ này vẫn giữ vững vị thế hàng đầu thế giới, với độ chính xác thậm chí nhỉnh hơn so với đối thủ Trung Quốc và hoạt động ổn định hơn. 

Không chỉ Mỹ và Trung Quốc, các nhóm nghiên cứu từ Đại học Tokyo và Viện Nghiên cứu Vật lý và Hóa học của Nhật Bản, cùng với Viện Đo lường Quốc gia của Đức cũng đã và đang thực hiện các dự án phát triển đồng hồ quang học.

Vì sao đồng hồ Trung Quốc chính xác đến mức chỉ lệch một giây sau mỗi 7,2 tỷ năm?- Ảnh 1.

Đồng hồ quang học dựa trên strontium

Định nghĩa lại giây như là một đơn vị cơ bản của thời gian.

Về cơ bản, đồng hồ quang học mang lại tiềm năng lớn cho các ứng dụng trong cơ sở hạ tầng quan trọng trong tương lai. Chúng có thể nâng cao đáng kể độ chính xác của các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu, và giúp xây dựng các mạng lưới truyền thông cực kỳ an toàn dựa trên phân phối khóa lượng tử. Bên cạnh đó, chúng cũng có khả năng cải thiện việc đồng bộ hóa và hiệu quả của lưới điện, và thậm chí đóng vai trò quan trọng trong quốc phòng và an ninh quốc gia.

Trong thế giới khoa học hiện đại, định nghĩa của một giây được dựa trên cơ sở hoạt động của đồng hồ đồng hồ phun vi sóng, một loại đồng hồ nguyên tử đặc biệt. Đồng hồ này hoạt động dựa trên nguyên lý phóng các hạt cesium lên cao, sau đó chúng rơi trở lại dưới tác động của trọng lực, tạo ra một chuyển động giống như một đài phun nước. Trong quá trình này, các hạt cesium được kích thích bởi các xung vi sóng, làm cho các electron của chúng hấp thụ và phát ra các hạt ánh sáng, qua đó chuyển đổi giữa các mức năng lượng khác nhau.

Thông qua đếm những chu kỳ đánh dấu một phần giây, các nhà khoa học có thể tính giờ chính xác với độ ổn định cỡ vài phần triệu tỷ.

Tuy nhiên, độ chính xác của đồng hồ phun vi sóng lại bị giới hạn bởi tiêu chuẩn tần số vi sóng. Để giải quyết thách thức này, các nhà nghiên cứu trong những năm gần đây đã phát triển các đồng hồ quang học sử dụng ánh sáng laser để thúc đẩy các chuyển đổi điện tử, từ đó đạt được hiệu suất vượt trội gấp hai bậc so với đồng hồ phun vi sóng.

Tuy nhiên, để đồng hồ phun vi sóng có thể được thay thế bởi đồng hồ quang học trong việc định nghĩa thời gian tương lai, cần có ít nhất ba phòng thí nghiệm trên thế giới sở hữu đồng hồ quang học với độ ổn định dưới 5 phần nghìn tỷ tỷ và độ lệch dưới 2 phần nghìn tỷ tỷ.

Hai yếu tố này là chìa khóa cho hiệu suất và độ tin cậy của một đồng hồ quang học. Ở đây, độ ổn định đo lường sự biến động về tần số của đồng hồ theo thời gian, trong khi độ lệch phản ánh mức độ tin cậy trong việc đo lường tần số bởi đồng hồ.

Vì sao đồng hồ Trung Quốc chính xác đến mức chỉ lệch một giây sau mỗi 7,2 tỷ năm?- Ảnh 2.

Pan Jianwei - nhà khoa học nổi tiếng của Trung Quốc, dẫn đầu nhóm nghiên cứu ở Hợp Phì, tỉnh An Huy (Trung Quốc) Ảnh: Tân Hoa Xã

Trong nghiên cứu của mình, nhóm nghiên cứu Trung Quốc được dẫn đầu bởi Pan Jianwei - người được mệnh danh là "cha đẻ của lượng tử Trung Quốc, đã làm lạnh các hạt strontium-87 xuống mức vài micro-Kelvin và giữ chúng trong một mạng lưới được tạo ra bằng các chùm laser giao nhau. Sau đó, nhóm nghiên cứu sử dụng một tia laser cực kỳ ổn định để tương tác với các hạt strontium-87 bị kẹt và kích hoạt quá trình chuyển đổi đồng hồ, được gọi là clock transition, đặc trưng bởi độ ổn định và chính xác cao.

Các nhà nghiên cứu cũng đã tiến hành các phép đo so sánh tần số giữa hai đồng hồ quang học khác nhau, cho thấy rằng độ ổn định của riêng mỗi đồng hồ quang học là khoảng 2.2 phần nghìn tỷ tỷ. Như vậy, độ lệch của toàn hệ thống đạt 4.4 phần nghìn tỷ tỷ, tương đương với độ lệch một giây sau mỗi 7.2 tỷ năm, theo kết luận của nhóm nghiên cứu.

Nhóm nghiên cứu cũng đã lên kế hoạch thực hiện các thử nghiệm so sánh giữa các đồng hồ quang học sử dụng các loại nguyên tử khác nhau như strontium-87 và ytterbium-171. Mục đích của việc này là để khám phá và tối ưu hóa hiệu suất của các loại đồng hồ quang học dựa trên các nguyên tử khác nhau, một bước tiến quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác của đo lường thời gian.

Anh Việt

Cùng chuyên mục

Không chỉ VinFast, hãng xe điện này cũng sắp ra mắt smartphone của riêng mình

Chủ nhật, 03/03/2024 16:25
Tuy nhiên, chiếc smartphone này sẽ là phiên bản đổi tên của một chiếc smartphone khác đã có mặt trên thị trường.

Bánh than tổ ong ‘làm mưa làm gió’ trên MXH: Ẩn chứa bên trong 1 thành phần rất tốt cho sức khỏe

Chủ nhật, 03/03/2024 16:22
Bánh than tổ ong đang trở thành một hot trend mới trên mạng xã hội. Không chỉ là một hot trend, loại bánh này còn chứa một thành phần được tin là rất tốt cho sức khỏe.

Xuất hiện thiết bị chơi game quá dị, giúp game thủ "ngửi" mùi trò chơi siêu thực tế

Chủ nhật, 03/03/2024 15:54
Giá của thiết bị này cũng không hề rẻ đâu nhé.

Bị cho là có vấn đề tâm lý và giọng hát gây tranh cãi, Nam Em có thực sự trở thành ca sĩ?

Chủ nhật, 03/03/2024 15:51
Nam Em không chỉ là một người đẹp mà còn có tài năng ca hát, đủ để cô đi theo con đường ca sĩ chuyên nghiệp.

Keria có màn teamview cho đồng đội "đỉnh chóp" ngay trong trận khiến khán giả bàng hoàng

Chủ nhật, 03/03/2024 15:43
Keria "teamview" cho đồng đội trẻ ngay trong trận T1 - OKBRO.
     
Nổi bật trong ngày

Tỉnh đầu tiên ở Việt Nam tự làm đường cao tốc kết nối 3 sân bay và kỳ tích "500 ngày đêm"

Thứ 7, 02/03/2024 07:02
Quảng Ninh là tỉnh đầu tiên tự huy động vốn làm đường cao tốc, trong đó có tuyến cao tốc dài nhất Việt Nam.

Tay vợt Việt Nam tạo cú sốc lớn, đả bại cựu số một thế giới người Thái Lan

Thứ 7, 02/03/2024 09:59
Đêm qua, tay vợt Nguyễn Thùy Linh đã có một trận đấu cực kỳ xuất sắc để chiến thắng nhà cựu số một thế giới Ratchanok Intanon từ Thái Lan.

Mẫu xe tay ga Honda tại Việt Nam khỏe như SH mà ăn xăng như Yamaha Sirius

Thứ 7, 02/03/2024 12:01
Mẫu xe này của Honda hứa hẹn một phương án thay thế hoàn hảo cho những ai đang tìm kiếm sự kết hợp giữa hiệu suất vận hành ấn tượng và khả năng tiết kiệm nhiên liệu xuất sắc.

Công ty mẹ của Facebook chia sẻ cách thức ngăn chặn nội dung nhạy cảm phát tán trên nền tảng số

Thứ 7, 02/03/2024 15:31
Meta, công ty mẹ của mạng xã hội Facebook chia sẻ cách thức để người dùng chủ động ngăn chặn nội dung nhạy cảm phát tán.

Nga có thể tiến công lớn vào mùa hè - Chuyên gia dự báo ảm đạm cho Ukraine, thời điểm then chốt cận kề

Thứ 7, 02/03/2024 19:01
Bloomberg dẫn nguồn thân cận với lãnh đạo Ukraine cho biết, Nga có thể tích lũy nguồn lực cho một cuộc tấn công lớn hơn nhằm chọc thủng phòng tuyến Ukraine vào mùa hè này.
xe.nguoiduatin.vn