27 tháng 3 năm 2024
Đồng hồ quang học cực kỳ chính xác NIST/R. Jacobson
Chiếc đồng hồ chính xác nhất trên thế giới sẽ mất ít hơn 1 giây sau mỗi 40 tỷ năm, hoặc gấp khoảng ba lần tuổi hiện tại của vũ trụ. Mặc dù chúng ta không có nhu cầu trực tiếp về việc đo thời gian cực đoan như vậy, nhưng chiếc đồng hồ này có thể giúp nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực vật lý, bao gồm cả việc phát hiện vật chất tối.
Tiếng tích tắc của đồng hồ được tạo ra bởi các electron bên trong những nguyên tử lạnh giá này đang dao động nhanh giữa hai trạng thái lượng tử cụ thể. Để đạt được điều này, nhóm nghiên cứu đã che chắn các nguyên tử khỏi sự can thiệp từ bên ngoài, như các vật thể ở nhiệt độ phòng trong phòng thí nghiệm, tạo ra các dao động mà Aeppli cho rằng chính xác đến tám phần một phần mười của một phần tỷ tỷ, hoặc ít hơn 1 giây trong 40 tỷ năm. . Aeppli nói: “Chúng tôi đang thử một loạt thủ thuật để biến nó thành chiếc đồng hồ chính xác nhất có thể”.
Quả thực, đồng hồ mới có độ chính xác gấp đôi so với bất kỳ đồng hồ nguyên tử nào trước đó. “Điều này giống như khi ai đó lập kỷ lục thế giới mới về [chạy] một dặm hoặc chạy marathon. Nó thực sự rất ấn tượng và tốn rất nhiều công sức,” Shimon Kolkowitz tại Đại học California, Berkeley cho biết. Ông nói rằng mặc dù chiếc đồng hồ mới có thể không ngay lập tức đưa đến những khám phá vật lý mới, nhưng việc các nhà nghiên cứu xem xét cẩn thận tất cả những nguyên nhân có thể dẫn đến sai số trong thí nghiệm của họ đã đặt ra một tiêu chuẩn cho mọi đồng hồ nguyên tử và sẽ thúc đẩy toàn bộ lĩnh vực này tiến lên phía trước.
Cuối cùng, đồng hồ nguyên tử cực kỳ chính xác có thể góp phần phát hiện vật chất tối, giúp vệ tinh GPS chính xác hơn và giúp phát hiện những chuyển động nhỏ của các mảng kiến tạo. Aeppli nói: “Bất cứ khi nào bạn thực hiện được những phép đo thời gian tốt hơn, điều đó sẽ mở ra rất nhiều điều mới mà bạn có thể nghiên cứu trong vật lý”.
Kỷ lục về chiếc đồng hồ chính xác nhất đã bị phá vỡ trong một thí nghiệm với các nguyên tử strontium lạnh gần như độ không tuyệt đối, và nó chính xác gấp đôi so với bất kỳ chiếc đồng hồ nào trước đó.
Đồng hồ quang học cực kỳ chính xác NIST/R. Jacobson
Chiếc đồng hồ chính xác nhất trên thế giới sẽ mất ít hơn 1 giây sau mỗi 40 tỷ năm, hoặc gấp khoảng ba lần tuổi hiện tại của vũ trụ. Mặc dù chúng ta không có nhu cầu trực tiếp về việc đo thời gian cực đoan như vậy, nhưng chiếc đồng hồ này có thể giúp nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực vật lý, bao gồm cả việc phát hiện vật chất tối.
Tiếng tích tắc của đồng hồ được tạo ra bởi các electron bên trong những nguyên tử lạnh giá này đang dao động nhanh giữa hai trạng thái lượng tử cụ thể. Để đạt được điều này, nhóm nghiên cứu đã che chắn các nguyên tử khỏi sự can thiệp từ bên ngoài, như các vật thể ở nhiệt độ phòng trong phòng thí nghiệm, tạo ra các dao động mà Aeppli cho rằng chính xác đến tám phần một phần mười của một phần tỷ tỷ, hoặc ít hơn 1 giây trong 40 tỷ năm. . Aeppli nói: “Chúng tôi đang thử một loạt thủ thuật để biến nó thành chiếc đồng hồ chính xác nhất có thể”.
Quả thực, đồng hồ mới có độ chính xác gấp đôi so với bất kỳ đồng hồ nguyên tử nào trước đó. “Điều này giống như khi ai đó lập kỷ lục thế giới mới về [chạy] một dặm hoặc chạy marathon. Nó thực sự rất ấn tượng và tốn rất nhiều công sức,” Shimon Kolkowitz tại Đại học California, Berkeley cho biết. Ông nói rằng mặc dù chiếc đồng hồ mới có thể không ngay lập tức đưa đến những khám phá vật lý mới, nhưng việc các nhà nghiên cứu xem xét cẩn thận tất cả những nguyên nhân có thể dẫn đến sai số trong thí nghiệm của họ đã đặt ra một tiêu chuẩn cho mọi đồng hồ nguyên tử và sẽ thúc đẩy toàn bộ lĩnh vực này tiến lên phía trước.
Cuối cùng, đồng hồ nguyên tử cực kỳ chính xác có thể góp phần phát hiện vật chất tối, giúp vệ tinh GPS chính xác hơn và giúp phát hiện những chuyển động nhỏ của các mảng kiến tạo. Aeppli nói: “Bất cứ khi nào bạn thực hiện được những phép đo thời gian tốt hơn, điều đó sẽ mở ra rất nhiều điều mới mà bạn có thể nghiên cứu trong vật lý”.
