Các nhà khoa học của NIST làm việc với đồng hồ nguyên tử NIST-F4. Ảnh: NIST
Các nhà khoa học phát triển một trong những đồng hồ nguyên tử NIST-F4 chính xác nhất trên thế giới, dự định sử dụng như đồng hồ tham chiếu để định nghĩa thời gian, theo Live Science.
NIST-F4 đưa vào hoạt động từ tháng 4/2025, đang chờ phê duyệt trước khi gia nhập khoảng 450 đồng hồ khác trên toàn thế giới để định nghĩa Giờ Phối hợp Quốc tế (UTC), hệ thống toàn cầu đo nhịp chính xác của một giây.
NIST-F4 còn có tên đồng hồ đài phun, chứa một đám mây bao gồm hàng nghìn nguyên tử cesium làm lạnh tới gần độ 0 tuyệt đối bằng laser. Nó hoạt động bằng cách các nguyên tử được tung lên dưới tác động của cặp chùm laser, sau đó rơi xuống dưới trọng lượng của chính chúng khi đi qua một chùm vi sóng được điều chỉnh để khiến nguyên tử dao động. Thông qua đếm tần số này (xảy ra 9.192.631.770 lần/giây), các nhà khoa học có thể định nghĩa chính xác giây quốc tế.
Để đảm bảo độ tin cậy của NIST-F4, nhà khoa học phải tính đến mọi nguồn nhiễu nhỏ nhất có thể ảnh hưởng đến dao động của các nguyên tử cesium. Những yếu tố đó bao gồm giao thoa lượng tử với nguyên tử khác, rò rỉ vi sóng và hiệu ứng thấu kính, biến dạng tinh tế trong trường điện từ do laser tạo ra.
Nhóm nghiên cứu bắt đầu tiến hành điều chỉnh vào năm 2020, 4 năm sau khi đồng hồ đài phun đầu tiên của NIST là NIST-F1 ngừng hoạt động để sửa chữa. Công việc của họ bao gồm xây dựng lại hoàn toàn khoang vi sóng ở lõi của đồng hồ.
Kết quả là đồng hồ mới có tổng độ kém chính xác trên toàn hệ thống là 2,2×10⁻¹⁶, có nghĩa nó mất ít hơn một giây sau mỗi 140 triệu năm. Độ trễ cực kỳ nhỏ này là sản phẩm của nhiễu từ độ ngẫu nhiên vốn có trong đo lường lượng tử, yếu tố mà các nhà khoa học cho rằng có thể giảm bớt với bộ dao động tốt hơn và làm lạnh bằng laser tinh chỉnh.
NIST-F4 sẽ hoạt động cùng với đồng hồ tiền nhiệm của nó, NIST-F3. Đồng hồ mới hơn sẽ hoạt động khoảng 90% thời gian. Dữ liệu từ cả hai đồng hồ sẽ được gửi định kỳ đến Văn phòng Cân đo Quốc tế (BIPM) để hiệu chỉnh UTC, giữ cho thế giới hoạt động đúng nhịp, theo NIST.
Nhu cầu đo thời gian chính xác hơn ngày càng tăng thúc đẩy các nhà khoa học nỗ lực phát triển đồng hồ tham chiếu tốt hơn nhằm định nghĩa thời gian để đồng hồ khác cài đặt theo. Tín hiệu thời gian được "sử dụng hàng tỷ lần mỗi ngày cho mọi thứ từ đặt đồng hồ treo tường và đồng hồ đeo tay đến đảm bảo giờ chính xác cho hàng trăm giao dịch tài chính điện tử trị giá hàng tỷ USD", Liz Donley, trưởng bộ phận Thời gian và Tần số tại NIST, cho biết.
An Khang (Tổng hợp)
