Buzz
Trung Quốc chính thức gia nhập nhóm các quốc gia tiên phong về công nghệ đo lường thời gian trên thế giới.
Đồng hồ sai lệch chỉ 1 giây
Các nhà khoa học Trung Quốc đã phát minh thành công một chiếc đồng hồ quang học siêu chính xác. Thành tựu này mở ra khả năng phát triển những phiên bản nhỏ gọn, ổn định và di động hơn, hứa hẹn ứng dụng trong không gian.
Trung Quốc đã chính thức gia nhập hàng ngũ các quốc gia tiên tiến trong công nghệ đo lường thời gian với chiếc đồng hồ quang học mới. Thiết bị này được kỳ vọng sẽ giúp Bắc Kinh giữ vai trò quan trọng trong việc tái định nghĩa đơn vị "giây" toàn cầu.
Nhóm nghiên cứu do chuyên gia Pan Jianwei dẫn đầu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (Hefei) đã chế tạo thành công đồng hồ quang học strontium. Độ chính xác của chiếc đồng hồ này ấn tượng đến mức chỉ sai lệch chưa đầy một giây trong 30 tỷ năm – gấp đôi tuổi thọ của vũ trụ.
Trong bài báo công bố trên tạp chí Metrologia tháng này, nhóm nghiên cứu cho biết hai thông số kỹ thuật quan trọng là độ ổn định và độ không đảm bảo của đồng hồ đã vượt qua ngưỡng 10 mũ -19. Đây là thành tựu mà chỉ một vài phòng thí nghiệm danh tiếng trên thế giới đạt được, bao gồm Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) của Hoa Kỳ và Phòng thí nghiệm Tiêu chuẩn Quốc gia Đức.
Theo đài truyền hình trung ương Trung Quốc (CCTV), độ chính xác này đã vượt qua mức cần thiết để tái định nghĩa đơn vị giây, mở ra tiềm năng giúp Trung Quốc dẫn dắt trong nỗ lực này.
Ông Dai Hanning, đồng tác giả trong nhóm nghiên cứu của Pan, nhận định rằng công trình này đưa ra một lộ trình thực tế để Trung Quốc phát triển các mẫu đồng hồ quang học ổn định, cơ động hơn, cũng như các phiên bản đặc biệt dành cho không gian.
"Đây là nền tảng vững chắc để ứng dụng đồng hồ quang học vào việc kiểm chứng các định lý vật lý cơ bản, nâng cấp hệ thống định vị vệ tinh thế hệ mới và xây dựng tiêu chuẩn thời gian toàn cầu siêu chính xác, thống nhất," ông Dai chia sẻ với CCTV vào ngày 7/3 vừa qua.
Bước nhảy vọt từ sóng vi ba sang ánh sáng
Đồng hồ quang học hiện nay là thiết bị đo thời gian chính xác nhất mà con người từng phát minh. Chúng sử dụng tia laser để "bẫy" các nguyên tử như strontium hoặc rubidium ở nhiệt độ cực thấp, sau đó đo lường thời gian dựa trên tần số ánh sáng phát ra khi các electron nhảy giữa các mức năng lượng.
So với các đồng hồ nguyên tử sử dụng sóng vi ba để định nghĩa đơn vị giây hiện nay, đồng hồ quang học có độ chính xác cao gấp khoảng 10.000 lần nhờ tần số hoạt động lớn hơn rất nhiều.
Hệ thống thời gian toàn cầu hiện đang dựa vào mạng lưới khoảng 450 đồng hồ nguyên tử tại 80 phòng thí nghiệm trên thế giới, bao gồm các cơ sở tại Tây An và Bắc Kinh. Độ chính xác tổng hợp của mạng lưới này đạt mức 10 mũ -18, tương đương với sai lệch một giây sau hàng tỷ năm.
Để nâng cao độ ổn định của hệ thống, nhóm của Pan đã sử dụng loại laser với độ ổn định cao hơn và kiểm soát môi trường chặt chẽ hơn để giảm thiểu tiếng ồn nhiễu, giúp đồng hồ vận hành liên tục và ổn định hơn.
Để giảm thiểu độ không đảm bảo, các nhà khoa học đã giám sát và triệt tiêu các nguồn sai số chính, bao gồm nhiệt độ môi trường, tương tác giữa các nguyên tử và sự biến dạng do ánh sáng bẫy gây ra. Kết quả là họ đã giảm tổng sai số xuống mức 10 mũ -19.
Mặc dù nhóm nghiên cứu thừa nhận đồng hồ quang học hiện vẫn còn cồng kềnh và yêu cầu điều kiện môi trường kiểm soát cực kỳ nghiêm ngặt – chưa thể đưa ngay vào không gian – nhưng họ đang nỗ lực thu nhỏ thiết bị và cải thiện tính di động.
Trong tương lai, thay vì chỉ ở trong phòng thí nghiệm, công nghệ này có thể được tích hợp vào các vệ tinh điều hướng, giúp nâng cao độ chính xác của hệ thống định vị từ đơn vị mét xuống centimet hoặc thậm chí thấp hơn nữa.
