kiến thức Nguyên mẫu đồng hồ hạt nhân đầu tiên trên thế giới hoạt động

Nguyên mẫu đồng hồ hạt nhân đầu tiên trên thế giới hoạt động

Hai nhóm nghiên cứu tại Vienna và Bắc Kinh chế tạo thành công nguyên mẫu đồng hồ hạt nhân thorium-229, đánh dấu kỷ nguyên mới trong đo lường thời gian.

Theo Popular Science tuần này, hai nhóm nghiên cứu độc lập ở Vienna (Áo) và Bắc Kinh (Trung Quốc), đã chế tạo thành công nguyên mẫu đồng hồ hạt nhân thorium-229.

Đồng hồ nguyên tử hiện có thể đo thời gian với sai số một giây mỗi 300 triệu năm. Các nhà khoa học dự đoán đồng hồ hạt nhân tiên tiến hơn có thể nâng chỉ số lên hàng tỷ năm, mở ra cơ hội nghiên cứu những hiện tượng khó đo lường nhất trong vũ trụ như vật chất tối khó nắm bắt. Nguyên mẫu đồng hồ của Áo và Trung Quốc lần lượt được mô tả chi tiết trong hai nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature.

Theo Thorsten Schumm, giáo sư tại Đại học Công nghệ Vienna, ưu điểm lớn của đồng hồ hạt nhân mới ở Áo là độ chính xác cao hơn nhiều do sử dụng hạt nhân nguyên tử thay vì toàn bộ nguyên tử.

Mạng lưới đồng hồ nguyên tử trên thế giới cực kỳ chính xác và cung cấp nền tảng cho nhiều ứng dụng hiện đại từ định vị vệ tinh đến Internet. Đồng hồ nguyên tử hoạt động bằng cách điều chỉnh tia laser đến tần số ánh sáng chính xác để electron của nguyên tử nhảy giữa hai mức năng lượng.

Đồng hồ hạt nhân tiến xa hơn khi khi nhắm vào các mức thay đổi năng lượng bên trong hạt nhân của nguyên tử. Laser tập trung vào dao động từ một hạt nhân duy nhất thay vì toàn bộ nguyên tử. Hạt nhân nhỏ hơn hàng chục nghìn lần nguyên tử, nằm sâu bên trong và được lớp electron bao quanh che chắn. Do đó, đồng hồ hạt nhân ít bị nhiễu bởi nhiệt độ hoặc từ trường bên ngoài hơn, hứa hẹn mang lại độ chính xác và độ ổn định cao vượt trội so với đồng hồ nguyên tử.


Việc duy trì thời gian trong đồng hồ hạt nhân đòi hỏi phải giữ cho tia laser điều chỉnh chính xác theo hạt nhân khi nó chuyển đổi giữa các trạng thái. Quá trình này đôi khi được gọi là "nén" hạt nhân và thường đòi hỏi năng lượng khổng lồ. Tuy nhiên, đồng vị thorium-229 là ngoại lệ hiếm hoi. New York Times cho biết hạt nhân của thorium-229 có thể chuyển đổi mức năng lượng chỉ bằng kích thích ánh sáng cực tím, xuất phát từ sự cân bằng gần như hoàn hảo giữa các lực giữ hạt nhân. Điều này làm cho thorium-229 cực kỳ nhạy cảm với những thay đổi nhỏ trong các lực cơ bản của tự nhiên.

Đó là lý do cả hai nhóm nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Vienna và Đại học Thanh Hoa ở Bắc Kinh đều chế tạo đồng hồ dựa trên đồng vị này. "Hai nhóm làm việc độc lập và cùng lúc tạo đồng hồ hạt nhân thorium-229, sử dụng các phương pháp thử nghiệm khác nhau. Điều này rất đáng khích lệ vì cho thấy khái niệm này rất bền vững và không phụ thuộc vào một cách triển khai kỹ thuật cụ thể nào", nhà vật lý Shiqian Ding, trưởng nhóm nghiên cứu ở ở Đại học Thanh Hoa, chia sẻ với Reuters.

Schumm cho biết đồng hồ hạt nhân có thể sử dụng trong nhiều lĩnh vực như định vị dựa trên vệ tinh, đồng bộ hóa truyền dữ liệu, khảo sát và đo lường. Đồng hồ hạt nhân cũng có tiềm năng lớn trong thăm dò vật lý cơ bản. Nhóm nghiên cứu ở Vienna đã chứng minh đồng hồ của họ có thể thực hiện chính xác thí nghiệm vật lý khi tìm cách phát hiện vật chất tối. Tuy thí nghiệm thực tế không phát hiện vật chất tối, đồng hồ hạt nhân đã hoạt động hiệu quả ngang những đồng hồ nguyên tử tốt nhất.

---

Nguồn: VnExpress Số hóa
Chuyên mục: Kiến thức