Giới thiệu đồng hồ "Made in China" chỉ sai lệch 1 giây trong 30 tỷ năm, Trung Quốc lập kỳ tích thế giới

Đồng hồ sai lệch 1 giây

Các nhà khoa học Trung Quốc đã chế tạo thành công một chiếc đồng hồ quang học siêu chính xác. Thành tựu này hứa hẹn mở đường cho việc phát triển các phiên bản nhỏ gọn, ổn định và có tính di động cao hơn để ứng dụng trong không gian.

Trung Quốc vừa chính thức ghi tên mình vào nhóm các quốc gia dẫn đầu thế giới về công nghệ đo lường thời gian với một mẫu đồng hồ quang học mới. Thiết bị này được kỳ vọng sẽ giúp Bắc Kinh đóng vai trò then chốt trong nỗ lực tái định nghĩa đơn vị "giây" trên toàn cầu.

Nhóm nghiên cứu do chuyên gia Pan Jianwei dẫn dắt tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (Hefei), đã chế tạo thành công một chiếc đồng hồ quang học strontium. Độ chính xác của nó ấn tượng đến mức chỉ nhanh hoặc chậm chưa đầy một giây trong vòng khoảng 30 tỷ năm – con số này lớn gấp đôi tuổi đời của toàn bộ vũ trụ.

Trong bài công bố trên tạp chí Metrologia tháng này, nhóm nghiên cứu cho biết hai thông số kỹ thuật cốt lõi là độ ổn định và độ không đảm bảo của đồng hồ đều đã vượt ngưỡng 10 mũ -19. Đây là kỳ tích mà hiện nay mới chỉ có một vài phòng thí nghiệm danh tiếng trên thế giới đạt được, bao gồm Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) của Hoa Kỳ và Phòng thí nghiệm Tiêu chuẩn Quốc gia Đức.

Theo đài truyền hình trung ương Trung Quốc (CCTV), độ chính xác này đã vượt xa ngưỡng cần thiết để tái định nghĩa đơn vị giây, từ đó tiềm năng "cho phép Trung Quốc đóng vai trò dẫn dắt trong nỗ lực này".

Ông Dai Hanning, đồng tác giả thuộc nhóm nghiên cứu của Pan, nhận định rằng công trình này cung cấp một lộ trình thực tiễn để Trung Quốc phát triển các mẫu đồng hồ quang học ổn định, cơ động hơn, cũng như các phiên bản dành riêng cho không gian.

"Đây là nền tảng vững chắc để ứng dụng đồng hồ quang học vào việc kiểm chứng các định luật vật lý cơ bản, nâng cấp hệ thống định vị vệ tinh thế hệ mới và xây dựng một tiêu chuẩn thời gian toàn cầu siêu chính xác, thống nhất," ông Dai chia sẻ với CCTV vào ngày 7/3 vừa qua.

Bước nhảy vọt từ sóng vi ba sang ánh sáng

Đồng hồ quang học hiện là thiết bị đo thời gian chính xác nhất mà con người từng chế tạo. Chúng sử dụng tia laser để "bẫy" các nguyên tử như strontium hoặc rubidium ở nhiệt độ cực thấp, sau đó đo lường thời gian dựa trên tần số ánh sáng phát ra khi các electron nhảy giữa các mức năng lượng.

So với các đồng hồ nguyên tử dựa trên sóng vi ba vốn đang được dùng để định nghĩa đơn vị giây hiện nay, đồng hồ quang học có độ chính xác cao gấp khoảng 10.000 lần nhờ tần số hoạt động lớn hơn rất nhiều.

Hệ thống thời gian toàn cầu hiện đang dựa vào mạng lưới khoảng 450 đồng hồ nguyên tử tại 80 phòng thí nghiệm trên thế giới, bao gồm các cơ sở tại Tây An và Bắc Kinh. Độ chính xác tổng hợp của mạng lưới này đạt mức 10 mũ -18 tương đương với việc sai lệch một giây sau hàng tỷ năm.

Để cải thiện độ ổn định của hệ thống, nhóm của Pan đã sử dụng loại laser có độ ổn định cao hơn và kiểm soát môi trường chặt chẽ hơn để giảm thiểu tiếng ồn nhiễu, giúp đồng hồ vận hành liên tục và nhất quán hơn.

Nhằm giảm thiểu độ không đảm bảo, các nhà khoa học đã theo dõi và triệt tiêu các nguồn gây sai số chính, bao gồm nhiệt độ môi trường, tương tác giữa các nguyên tử và sự biến dạng do ánh sáng bẫy gây ra. Kết quả là họ đã đưa tổng sai số xuống mức 10 mũ -19.

Mặc dù nhóm nghiên cứu thừa nhận đồng hồ quang học hiện vẫn có kích thước cồng kềnh và yêu cầu điều kiện môi trường kiểm soát cực kỳ nghiêm ngặt – chưa phù hợp để đưa ngay vào không gian – nhưng các nỗ lực thu nhỏ thiết bị và tăng cường tính di động đang được triển khai ráo riết.

Trong tương lai, thay vì chỉ nằm trong phòng thí nghiệm, công nghệ này có thể được tích hợp vào các vệ tinh điều hướng, giúp nâng cấp độ chính xác của định vị từ đơn vị mét xuống mức centimet hoặc thậm chí cao hơn nữa.