Thiết kế mới nâng cao độ chính xác của đồng hồ nguyên tử

Thiết kế mới nâng cao độ chính xác của đồng hồ nguyên tử
05.01.2021 121
Viện Công nghệ Massachusetts chế tạo thành công loại đồng hồ mới sử dụng các nguyên tử vướng víu để đo thời gian chính xác hơn.

Đồng hồ nguyên tử là loại máy đo thời gian chính xác nhất trên thế giới. Chúng sử dụng tia laser để đo dao động của các nguyên tử, thứ có tần số không đổi. Những chiếc đồng hồ tốt nhất hiện nay giữ thời gian chính xác đến mức nếu chúng chạy từ thời kỳ sơ khai của vũ trụ thì tới nay thời gian mới chỉ chệch khoảng nửa giây.

Tuy nhiên, đồng hồ nguyên tử còn có thể chính xác hơn nữa. Trong một báo cáo mới trên tạp chí Nature, các nhà vật lý học từ Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Điện tử thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) của Mỹ, do nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ Edwin Pedrozo-Peñafiel dẫn đầu, cho biết đã phát triển thành công một loại đồng hồ nguyên tử mới với độ chính xác cao hơn gấp 4 lần. Thiết bị đo độ dao động của các nguyên tử bị vướng vào lượng tử, thay vì đo lường một đám mây nguyên tử dao động ngẫu nhiên như các thiết kế hiện nay.


Đồng hồ nguyên tử mới của MIT đo thời gian chính xác hơn 4 lần. Ảnh: Science Daily.

Để giữ thời gian hoàn hảo, lý tưởng nhất là đồng hồ sẽ theo dõi dao động của một nguyên tử, nhưng ở quy mô nhỏ như vậy, nguyên tử hoạt động theo các quy tắc bí ẩn của cơ học lượng tử. Khi đo độ dao động, nó hoạt động giống như một đồng xu mà chỉ khi lấy trung bình nhiều lần lật mới cho xác suất chính xác. Giới hạn này được các nhà vật lý gọi là Giới hạn lượng tử tiêu chuẩn.

Đó là lý do tại sao đồng hồ nguyên tử hiện nay được thiết kế để đo một chất khí bao gồm hàng nghìn nguyên tử cùng loại, cho phép ước tính dao động trung bình của chúng.

Tuy nhiên, giới hạn lượng tử tiêu chuẩn vẫn đang hoạt động, có nghĩa là vẫn tồn tại một số bất định, ngay cả trong số hàng nghìn nguyên tử, liên quan đến tần số riêng lẻ chính xác của chúng. Đây là nơi mà Edwin và các cộng sự tin rằng trạng thái rối lượng tử có thể hữu ích.

Nhóm nghiên cứu lập luận rằng khi các nguyên tử bị vướng vào nhau, các dao động của chúng sẽ bị "trói buộc" xung quanh một tần số chung với độ lệch ít hơn. Do đó, các dao động trung bình mà đồng hồ nguyên tử đo được sẽ có độ chính xác vượt qua Giới hạn lượng tử tiêu chuẩn.

Trong thiết kế đồng hồ mới, các nhà nghiên cứu đã làm vướng khoảng 350 nguyên tử ytterbium, dao động ở cùng tấn số rất cao với ánh sáng khả kiến. Sau đó, họ sử dụng các kỹ thuật tiêu chuẩn để làm nguội nguyên tử và nhốt chúng trong một khoang quang học được tạo thành bởi hai gương. Tiếp theo, họ chiếu một tia laser qua khoang quang học, nơi nó tương tác với các nguyên tử hàng nghìn lần.

"Ánh sáng đóng vai trò như một liên kết giao tiếp giữa các nguyên tử. Nguyên tử đầu tiên gặp ánh sáng này sẽ thay đổi ánh sáng một chút, và ánh sáng đó cũng thay đổi nguyên tử thứ hai và nguyên tử thứ ba... Qua nhiều chu kỳ, các nguyên tử nhận biết nhau và bắt đầu dao động tương tự", đồng tác giả của nghiên cứu Chi Shu giải thích.

Cuối cùng, các nhà khoa học sử dụng một tia laser khác, tương tự như đồng hồ nguyên tử hiện có, để đo tần số trung bình của các nguyên tử.

"Bằng cách tăng cường sự vướng víu lượng tử, đồng hồ nguyên tử quang học mới có tiềm năng đạt độ chính xác tốt hơn trong một giây so với đồng hồ quang học hiện đại nhất. Thiết kế mới của MIT sẽ cải thiện đồng hồ đến mức thời gian chỉ sai lệch chưa tới 100 mili giây trong toàn bộ thời gian đã qua của vũ trụ", Edwin nhấn mạnh.

Nếu đồng hồ nguyên tử tiếp tục cải thiện độ chính xác trong đo lường dao động của các nguyên tử, một ngày nào đó chúng sẽ đủ nhạy để phát hiện các hiện tượng "vô hình" như vật chất tối và sóng hấp dẫn. Điều này có thể giúp các nhà khoa học giải mã những bí ẩn về tác động của lực hấp dẫn đối với thời gian, và trả lời câu hỏi liệu thời gian có thay đổi khi vũ trụ già đi hay không.

Bài viết được tham khảo từ vnexpress
Tin chọn lọc khác
Đất tự 'tưới' nước cho cây trồng
11.01.2021 150
Trong báo cáo công bố hôm 2/11 trên tạp chí ACS Materials Letters, Guihua Yu, phó giáo sư khoa học vật liệu ở Khoa Cơ khí chế tạo máy và cộng sự phát triển hệ thống tưới nước từ không khí, sử dụng gel siêu hấp thụ hơi ẩm để hút nước trong không trung. Khi làm nóng đất tới nhiệt độ nhất định, loại gel này sản sinh nước để cung cấp cho cây trồng. Trong quá trình phân bố nước, một phần nước sẽ bay hơi trở lại không khí, làm tăng độ ẩm giúp việc tiếp tục chu kỳ thu hoạch trở nên dễ dàng hơn.
Công nghệ cho phép camera chụp màu sắc 'vô hình'
04.01.2021 66
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Tel Aviv phát triển công nghệ có khả năng chụp ảnh vật chất mà mắt thường không thể nhìn thấy. Các chất khí và nguyên tố như hydro, carbon và natri có một màu duy nhất trong quang phổ hồng ngoại, giống như những hợp chất sinh học khác được tìm thấy trong tự nhiên, nhưng "vô hình" đối với mắt người và máy ảnh thông thường.
Phương pháp đột phá trong tái chế nhựa đa lớp
04.01.2021 72
Các nhà khoa học phát triển thành công một quy trình tái chế dựa trên dung môi, hứa hẹn có thể cắt giảm hàng triệu tấn rác thải nhựa. Vật liệu nhựa nhiều lớp được sử dụng rất phổ biến trong sản xuất bao bì thực phẩm nhờ đặc tính chịu nhiệt tốt cùng khả năng kiểm soát oxy và độ ẩm. Tuy nhiên, mặt trái của loại nhựa này là nó không thể được tái chế bằng các phương pháp thông thường.
Công nghệ lấy oxy và nhiên liệu từ nước mặn trên sao Hỏa
04.01.2021 98
Các nhà khoa học phát triển một hệ thống điện phân cho phép khai thác oxy và hydro từ các hồ nước dưới băng trên hành tinh đỏ.
Thiết kế mới nâng cao độ chính xác của đồng hồ nguyên tử
05.01.2021 122
Viện Công nghệ Massachusetts chế tạo thành công loại đồng hồ mới sử dụng các nguyên tử vướng víu để đo thời gian chính xác hơn. Đồng hồ nguyên tử là loại máy đo thời gian chính xác nhất trên thế giới. Chúng sử dụng tia laser để đo dao động của các nguyên tử, thứ có tần số không đổi. Những chiếc đồng hồ tốt nhất hiện nay giữ thời gian chính xác đến mức nếu chúng chạy từ thời kỳ sơ khai của vũ trụ thì tới nay thời gian mới chỉ chệch khoảng nửa giây
Anh đẩy mạnh phát triển tàu chạy bằng chất thải
06.01.2021 134
Công ty Đường sắt Siêu nhẹ (ULRP) có trụ sở ở Worcester đang chế tạo phiên bản mới của tàu BioUltra sau khi nhận được khoản tài trợ thứ hai. Trong kế hoạch loại bỏ dần động cơ diesel gây ô nhiễm, Anh đang đẩy mạnh phát triển các phương tiện thân thiện với môi trường, trong đó có mẫu tàu BioUltra chạy bằng khí sinh học phát sinh từ chất thải hữu cơ như thực phẩm bỏ đi, phế phẩm nông nghiệp, bùn thải và phân động vật.
Ba nghiên cứu vừa đi theo tàu Falcon Heavy lên Vũ trụ sẽ thay đổi thế giới: buồm ánh sáng, nhiên liệu tên lửa sạch và đồng hồ nguyên tử
13.04.2020 291
Buồm Ánh sáng - Lightsail, nguyên liệu vận hành tàu vũ trụ không độc hại và Đồng hồ Nguyên tử Không gian Sâu.
Trong tương lai không xa, robot sẽ thay thế hoàn toàn con người trên chiến trường
31.10.2019 294
Liệu nhân loại có dám đặt niềm tin và vận mệnh của mình vào tay máy móc hay không? Chiến tranh đồng nghĩa với việc tính mạng và xương máu của không biết bao nhiêu người sẽ phải đổ xuống. Nhưng điều này có thể không còn đúng nữa, khi trong tương lai, máy móc sẽ thay thế cho con người trong mặt trận đầy hiểm nguy này.
Những phát minh đột phá trong tương lai
31.10.2019 252
Cho tới ngày nay, loài người đã có nhiều bước tiến trong lịch sử, về các mặt khoa học kĩ thuật và đời sống xã hội. Nó đưa con người lên một tầm cao mới, trên hẳn các loài khác. Nó cho phép chúng ta không chỉ chống lại những tác động thiên nhiên mà còn khai thác tối đa các tiềm lực của thiên nhiên.
Tin xem nhiều
Tin mới nhất