Nguyên tử stronti được làm lạnh gần tới độ 0 tuyệt đối trong buồng chân không. Ảnh: Shimon Kolkowitz
Mẫu đồng hồ nguyên tử mới đo thời gian chính xác đến mức chỉ lệch một giây sau 300 tỷ năm, cho phép đo sóng hấp dẫn, vật chất tối và nhiều hiện tượng vật lý khác chính xác hơn. Nhóm nghiên cứu ở Đại học Wisconsin-Madison mô tả chi tiết mẫu đồng hồ mới trên tạp chí Nature hôm 16/2.
"Đồng hồ nguyên tử quang học là đồng hồ tốt nhất thế giới và chúng tôi đã nâng cấp hiệu suất tới mức chưa ai từng đạt được trước đây", Shimon Kolkowitz, giáo sư vật lý ở Đại học Wisconsin-Madison, một trong các tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. "Chúng tôi đang làm việc để cải thiện cả hiệu suất và phát triển những ứng dụng của mẫu đồng hồ này".
Đồng hồ nguyên tử là loại đồng hồ theo dõi cộng hưởng của tần số nguyên tử, thường là nguyên tử caesi hoặc rubidi. Quá trình này cho phép đồng hồ đo thời gian với độ chính xác cao. Đồng hồ nguyên tử không gian sâu của NASA là một ví dụ về thí nghiệm trong không gian dùng để kiểm tra công nghệ trên quỹ đạo trong 2 năm.
Đồng hồ nguyên tử hoạt động dựa theo mức năng lượng của electron. Khi electron thay đổi mức năng lượng, nó hấp thụ hoặc phát ra ánh sáng với tần số giống như mọi nguyên tử của một nguyên tố cụ thể. Đồng hồ nguyên tử quang học chạy nhờ một tia laser được điều chỉnh để khớp với tần số trên và máy laser thuộc hàng phức tạp nhất thế giới để chạy đúng giờ.
Trong nghiên cứu mới, Kolkowitz và cộng sự tạo ra một đồng hồ kết hợp, trong đó nguyên tử stronti có thể tách thành nhiều đồng hồ sắp xếp thẳng hàng trong buồng chân không. Khi chỉ sử dụng một đồng hồ nguyên tử, nhóm nghiên cứu nhận thấy máy laser của họ chỉ kích thích electron trong 0,1 giây. Tuy nhiên, khi chiếu laser vào hai đồng hồ trong buồng cùng lúc và so sánh, chúng có số nguyên tử với electron bị kích thích giống nhau trong 26 giây.Kết quả này có nghĩa các nhà nghiên cứu có thể tiến hành thí nghiệm trong thời gian lâu hơn đồng hồ nguyên tử thông thường dưới ảnh hưởng của tia laser.
Nhóm nghiên cứu sau đó thử đo chênh lệch giữa hai đồng hồ bởi hai nhóm nguyên tử có môi trường hơi khác nhau sẽ có tốc độ chạy giờ khác nhau do thay đổi ở từ trường hoặc trọng lực. Họ chạy thí nghiệm hơn 1.000 lần để đo chênh lệch.
Cuối cùng, Kolkowitz và cộng sự phát hiện chênh lệch giữa hai đồng hồ nguyên tử là 1 giây sau 300 tỷ năm, lập kỷ lục thế giới đối với hai đồng hồ riêng biệt. Một nghiên cứu khác của Viện vật lý thiên văn thí nghiệm lập kỷ lục thế giới về phép đo chênh lệch tần số chính xác nhất, xếp sau là nhóm nghiên cứu ở Đại học Wisconsin-Madison.
An Khang (Theo Space)