Đồng hồ hạt nhân đầu tiên trên thế giới hoạt động như thế nào?
Nguyên mẫu đồng hồ hạt nhân đầu tiên trên thế giới đã hoạt động thành công tại Áo và Trung Quốc. Công nghệ mới được kỳ vọng mang lại độ ổn định cao hơn, mở đường cho những phép đo thời gian chính xác hơn trong tương lai.
Sau nhiều thập kỷ chỉ tồn tại trên lý thuyết, các nhà vật lý tại Áo và Trung Quốc vừa chế tạo thành công những nguyên mẫu đồng hồ hạt nhân đầu tiên có thể vận hành thực tế.
Thành tựu này được xem là một cột mốc mới của công nghệ đo thời gian và có thể mở đường cho các phép đo chính xác hơn trong nghiên cứu vật lý cơ bản.
Đồng hồ hạt nhân hoạt động như thế nào?
Đồng hồ hạt nhân không chạy bằng năng lượng hạt nhân. Tên gọi này xuất phát từ việc nó sử dụng các chuyển đổi năng lượng bên trong hạt nhân nguyên tử thorium-229 làm tín hiệu chuẩn để đo thời gian, thay vì sử dụng electron như đồng hồ nguyên tử hiện nay.
Vì sao đồng hồ hạt nhân được xem là bước tiến mới của công nghệ đo thời gian?
Hiện nay, các hệ thống định vị vệ tinh, mạng viễn thông và Internet đều dựa vào đồng hồ nguyên tử, thiết bị sử dụng sự chuyển đổi năng lượng của electron trong nguyên tử để xác định thời gian.
Trong khi đó, đồng hồ hạt nhân theo dõi các chuyển đổi năng lượng diễn ra bên trong hạt nhân nguyên tử. Do hạt nhân nhỏ hơn rất nhiều và được lớp electron bên ngoài che chắn khỏi nhiều tác động môi trường, các nhà khoa học kỳ vọng loại đồng hồ này ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, từ trường hay các nhiễu động bên ngoài hơn so với đồng hồ nguyên tử.
Điều đó giúp đồng hồ hạt nhân trở thành ứng viên tiềm năng cho những hệ thống đo thời gian có độ ổn định cực cao trong tương lai.
Có thể bạn quan tâm bài viết:
Vì sao thorium-229 được lựa chọn?
Phần lớn các hạt nhân nguyên tử cần mức năng lượng rất lớn mới có thể bị kích thích, vượt quá khả năng của các laser hiện nay.
Tuy nhiên, thorium-229 là một trong số ít ngoại lệ khi hạt nhân của nó có thể được kích thích bằng tia cực tím thay vì cần những mức năng lượng rất lớn.
Cả hai nhóm nghiên cứu tại Đại học Thanh Hoa và Đại học Công nghệ Vienna đều sử dụng thorium-229 được nhúng trong các tinh thể canxi fluoride (CaF₂).
Laser được điều chỉnh đến đúng tần số mà hạt nhân thorium-229 hấp thụ mạnh nhất, từ đó tạo ra tín hiệu chuẩn để đo thời gian.
Hai công trình được công bố đồng thời trên tạp chí Nature, cho thấy đồng hồ hạt nhân có thể hoạt động bằng những cách triển khai kỹ thuật khác nhau chứ không phụ thuộc vào một thiết kế duy nhất.
Đồng hồ hạt nhân đầu tiên đã thành hiện thực, nhưng vẫn cần thời gian để chứng minh ưu thế
Những nguyên mẫu đồng hồ hạt nhân được xem là một cột mốc quan trọng sau nhiều thập kỷ nghiên cứu.
Tuy nhiên, điều đó không đồng nghĩa công nghệ này đã vượt qua các đồng hồ nguyên tử quang học tiên tiến nhất hiện nay.
Các nhà nghiên cứu cho biết những thiết bị mới vẫn cần được tiếp tục hoàn thiện trước khi có thể cạnh tranh về hiệu suất với các hệ thống đo thời gian hàng đầu đang được sử dụng.
Giá trị lớn nhất của nghiên cứu lần này nằm ở chỗ nó chứng minh đồng hồ hạt nhân có thể hoạt động như một thiết bị đo thời gian thực sự, thay vì chỉ dừng lại ở việc quan sát các tín hiệu hạt nhân trong phòng thí nghiệm.
Thành công này mở đường cho những thế hệ đồng hồ hạt nhân chính xác và ổn định hơn trong tương lai, với tiềm năng ứng dụng trong định vị vệ tinh, đồng bộ hóa dữ liệu, đo lường chính xác và nghiên cứu các hiện tượng vật lý cơ bản như vật chất tối.
(Nguồn: Popular Science, Reuters)
