Đồng hồ nguyên tử hoạt động chính xác tuyệt đối trong 100 triệu năm

NIST-F4 chính xác đến mức nếu bắt đầu hoạt động từ thời khủng long thống trị thì đến nay nó vẫn chính xác đến từng giây. Trong tháng 4, đội ngũ nhà khoa học của viện đã chính thức gửi hồ sơ lên Cục Cân đo quốc tế (BIPM) để xin chứng nhận “tiêu chuẩn tần số chính” - danh hiệu riêng cho những đồng hồ nguyên tử tốt nhất thế giới. Hiện chỉ có 10 quốc gia vận hành thiết bị như vậy.

Viện Tiêu chuẩn và công nghệ quốc gia Mỹ (NIST) tạo ra đồng hồ nguyên tử mới - Ảnh: R. Eskalis/NIST

Nguyên lý hoạt động

Không như đồng hồ thông thường, đồng hồ nguyên tử như NIST-F4 đo thời gian bằng cách sử dụng rung động tự nhiên của nguyên tử. Trong trường hợp này là nguyên tử cesium.

Bên trong thiết bị, hàng nghìn nguyên tử được làm lạnh đến gần 0 độ tuyệt đối bởi tia laser, sau đó được ném lên cao theo chuyển động giống đài phun nước. Khi di chuyển lên xuống, chúng đi qua bức xạ vi sóng điều chỉnh theo tần số khiến nguyên tử thay đổi trạng thái năng lượng - quá trình xác định “tích tắc” của đồng hồ.

“Tích tắc” xảy ra chính xác 9.192.631.770 lần mỗi giây, đếm số khoảnh khắc như vậy giúp đồng hồ đo chính xác thời gian.

Tầm quan trọng của thời gian

Người đứng đầu Bộ phận Thời gian và tần số của NIST Liz Donley nhấn mạnh thời gian rất quan trọng: “Tín hiệu thời gian được sử dụng hàng tỉ lần mỗi ngày cho mọi thứ, từ cài đặt đồng hồ treo tường, đồng hồ đeo tay đến đảm bảo đóng dấu thời gian chính xác cho hàng trăm tỉ USD giao dịch tài chính điện tử”.

NIST-F4 có thể giúp điều chỉnh tiêu chuẩn thời gian quốc tế UTC, đảm bảo mọi hệ thống trên toàn cầu được đồng bộ hóa đến từng micro giây.

Quá trình phát triển NIST-F4

NIST-F4 dựa trên NIST-F1, đồng hồ nguyên tử đầu tiên mà NIST phát triển cuối những năm 1990. Sau một sự cố làm gián đoạn F1 năm 2016, viện quyết định xây dựng lại buồng vi sóng đóng vai trò “trái tim” của đồng hồ. Họ dành nhiều năm tinh chỉnh mọi bộ phận đạt đến dung sai chỉ bằng 1/5 chiều rộng tóc người.

Cẩm Bình