Đo thời gian đến chữ số thứ 19
Một nhóm tại Trung tâm Công nghệ Lượng tử thuộc Đại học Quốc gia Singapore đã chế tạo được thứ mà họ nói là đồng hồ nguyên tử chính xác nhất cho đến nay. Thiết bị sử dụng một ion lutetium duy nhất và đo dao động của nguyên tử đến 19 chữ số thập phân. Các nhà nghiên cứu báo cáo độ bất định khoảng 1 x 10⁻¹⁹, mức thấp nhất từng được ghi nhận cho một đồng hồ nguyên tử quang học. Công trình được công bố trên Nature vào ngày 23 tháng 9.
Đồng hồ quang học hoạt động bằng cách đếm ánh sáng mà một nguyên tử hấp thụ khi nó thay đổi trạng thái năng lượng. Tần số đó càng ổn định thì đồng hồ càng tốt. Chuyển tiếp của lutetium đặc biệt không nhạy với nhiệt độ và từ trường, điều này giúp ích.
Hai đồng hồ, một kết quả
Để kiểm tra thiết kế, nhóm đã chế tạo hai đồng hồ và cho chúng chạy song song trong 200 giờ. Cặp đồng hồ khớp nhau trong khoảng 5,7 x 10⁻¹⁹. Theo các nhà nghiên cứu, đó là phép so sánh hai đồng hồ chính xác nhất từng được báo cáo.
Nhóm cũng phát minh một kỹ thuật mà họ gọi là trung bình hóa siêu tinh tế để xác định chuyển tiếp đồng hồ, và đo chiều cao của các ion đến dưới một milimét. Những khác biệt nhỏ về chiều cao rất quan trọng vì trọng lực làm thay đổi nhịp độ thời gian.
Vì sao điều này quan trọng
Một đồng hồ chính xác hơn có thể giúp các nhà vật lý kiểm tra liệu các hằng số tự nhiên có thay đổi theo thời gian hay không, và có thể hỗ trợ những cách định nghĩa mới cho đơn vị giây. Định nghĩa hiện tại dựa trên caesium, vốn đếm ở tần số vi ba. Đồng hồ quang học chạy nhanh hơn hàng trăm nghìn lần, khiến chúng khó chế tạo hơn nhưng chính xác hơn nhiều.
Nhóm nghiên cứu nói rằng kết quả này là cải thiện 41 phần trăm so với kỷ lục trước đó. Những người khác trong lĩnh vực cảnh báo rằng các tuyên bố kỷ lục phụ thuộc vào cách đo độ bất định, và phải mất nhiều năm mới đưa được những thiết kế như vậy ra khỏi phòng thí nghiệm. Dù vậy, việc so sánh giữa hai đồng hồ độc lập mang lại cho phép đo này trọng lượng bất thường. Các nhà nghiên cứu hiện dự định chạy thêm để giảm độ bất định.