Các nhà khoa học tại JILA vừa cho ra mắt đồng hồ hạt nhân đầu tiên trên thế giới.
Đồng hồ cơ thông thường. Nguồn: Unsplash
Tuy nhiên, cả hai loại đồng hồ này đều gặp phải một số nhược điểm. Đồng hồ cơ học cần được lên dây cót định kỳ, trong khi đồng hồ thạch anh phải thay pin. Thêm vào đó, chúng dễ bị hao mòn cơ học và ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường, dẫn đến mất độ chính xác theo thời gian.
Ưu nhược điểm của đồng hồ thông thường
Đồng hồ cơ học truyền thống sử dụng lò xo cuộn để di chuyển các bánh răng, giúp kim đồng hồ quay. Ngoài ra, còn có đồng hồ thạch anh hoạt động nhờ tinh thể thạch anh đao động ở tần số cố định (32.768 KHz) khi được kích bởi pin.
Đồng hồ cơ thông thường. Nguồn: Unsplash
Tuy nhiên, cả hai loại đồng hồ này đều gặp phải một số nhược điểm. Đồng hồ cơ học cần được lên dây cót định kỳ, trong khi đồng hồ thạch anh phải thay pin. Thêm vào đó, chúng dễ bị hao mòn cơ học và ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường, dẫn đến mất độ chính xác theo thời gian.
Ưu điểm của đồng hồ nguyên tử
Đồng hồ nguyên tử, được coi là loại chính xác nhất hiện nay, sử dụng dao động của nguyên tử, thường là cesium hoặc rubidium, để đo thời gian. Nguyên tử được kích thích bằng vi sóng trong môi trường chân không, làm các nguyên tử chuyển đổi giữa các trạng thái năng lượng, tạo ra các dao động với tần số cực kỳ chính xác.Ví dụ với nguyên tử cesium-133 (Cs-133), trạng thái cơ bản của nó có sự tương tác giữa hạt nhân nguyên tử cùng với các electron dẫn đến việc tạo ra các trạng thái năng lượng siêu mịn. Việc chuyển đổi giữa hai mức năng lượng siêu mịn này diễn ra tại tần số 9.19 GHz, được sử dụng để đếm giây trong đồng hồ nguyên tử. Loại đồng hồ này thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm, hệ thống GPS và chuẩn thời gian quốc tế, thậm chí đã được thu nhỏ để dùng trong đồng hồ đeo tay. Loại đồng hồ đeo tay nguyên tử nổi tiếng, thật sử sử dụng nguyên tử cesium là Bathys Cesium 133 Atomic Watch
Đồng hồ nguyên tử đeo tay Bathys Cesium 133 Atomic Watch.
Ưu điểm nổi bật của đồng hồ nguyên tử là độ chính xác cao, chỉ sai vài giây sau hàng triệu năm, và không bị hao mòn như đồng hồ cơ học.
Cũng trong tháng 7 vừa qua, các nhà khoa học tại JILA, một viện liên kết giữa NIST và Đại học Colorado Boulder, đã phát triển một phiên bản đồng hồ nguyên tử tiên tiến. Đồng hồ này sử dụng hàng ngàn nguyên tử để đếm thời gian với độ chính xác vượt trội, chỉ sai 1 giây sau 30 tỉ năm – gấp đôi tuổi vũ trụ và gấp 6 lần tuổi Trái đất.
Đồng hồ hạt nhân ra mắt giải quyết nhược điểm của đồng hồ nguyên tử
Dù đồng hồ nguyên tử rất chính xác, nó vẫn có hạn chế: các đo lường dựa trên năng lượng của electron có thể bị nhiễu bởi trường điện từ. Đồng hồ hạt nhân ra đời để giải quyết nhược điểm này bằng cách đo thời gian dựa trên hạt nhân nguyên tử, thay vì electron.Với cơ chế hoạt động tương tự đồng hồ nguyên tử thông qua việc chuyển đổi trạng thái năng lượng, các nhà khoa học tại JILA đã sử dụng nguyên tử Thorium và ánh sáng tia cực tím để tạo ra các bước nhảy năng lượng của hạt nhân trong phiên bản đầu tiên.
Hiện tại, đây chỉ mới là bản thử nghiệm và độ chính xác của nó so với đồng hồ nguyên tử vẫn cần kiểm định nhưng nhóm nghiên cứu tin rằng đồng hồ hạt nhân sẽ thay thế đồng hồ nguyên tử với độ ổn định và tính chính xác cao.
Quảng cáo
