Đây là một loại đồng hồ nguyên tử mạng tinh thể quang học, có thể đo lường sự khác biệt về thời gian với độ chính xác tương đương với việc chỉ mất một giây sau mỗi 300 tỷ năm và là ví dụ đầu tiên về đồng hồ quang học “ghép kênh”, trong đó sáu đồng hồ riêng biệt có thể tồn tại trong cùng một môi trường. Thiết kế của nó cho phép nhóm nghiên cứu thử nghiệm các cách tìm kiếm sóng hấp dẫn, cố gắng phát hiện vật chất tối và khám phá vật lý mới bằng đồng hồ.

Đồng hồ nguyên tử chính xác như vậy bởi vì chúng khai thác một tính chất cơ bản của nguyên tử: khi một electron thay đổi mức năng lượng, nó sẽ hấp thụ hoặc phát ra ánh sáng có tần số giống hệt nhau đối với tất cả các nguyên tử của một nguyên tố cụ thể. Đồng hồ nguyên tử quang học giữ thời gian bằng cách sử dụng một tia laser được điều chỉnh để khớp chính xác với tần số này và chúng yêu cầu một số loại laser tinh vi nhất thế giới để giữ thời gian chính xác.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã tạo ra một đồng hồ ghép kênh, nơi các nguyên tử stronti có thể được tách thành nhiều đồng hồ được sắp xếp thành một hàng trong cùng một buồng chân không. Chỉ sử dụng một đồng hồ nguyên tử, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng tia laser của họ chỉ có thể kích thích các electron ở cùng một số nguyên tử trong một phần mười giây một cách đáng tin cậy.

Tuy nhiên, khi họ chiếu tia laser vào hai đồng hồ trong buồng cùng lúc và so sánh chúng, số nguyên tử có các electron bị kích thích giữ nguyên giữa hai đồng hồ trong tối đa 26 giây. Kết quả của họ có nghĩa là họ có thể chạy các thí nghiệm có ý nghĩa lâu hơn nhiều so với thời gian cho phép của tia laser trong đồng hồ quang học bình thường.

Thông thường, tia laser sẽ hạn chế hiệu suất của những chiếc đồng hồ này. Nhưng bởi vì các đồng hồ ở trong cùng một môi trường và trải nghiệm cùng một ánh sáng laser, nên hiệu ứng của tia laser bị loại bỏ hoàn toàn.

Câu hỏi được đặt ra là làm sao có thể đo lường sự khác biệt giữa các đồng hồ một cách chính xác như thế nào. Hai nhóm nguyên tử ở trong các môi trường hơi khác nhau sẽ dao động với tốc độ hơi khác nhau, tùy thuộc vào lực hấp dẫn, từ trường hoặc các điều kiện khác.

Các nhà khoa học đã chạy thử nghiệm của mình hơn một nghìn lần, đo sự khác biệt về tần số tích tắc của hai đồng hồ trong tổng số khoảng ba giờ. Đúng như dự đoán, vì đồng hồ ở hai vị trí hơi khác nhau nên tiếng tích tắc cũng hơi khác một chút. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng khi họ thực hiện càng nhiều phép đo, họ càng có thể đo lường những khác biệt đó tốt hơn.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu có thể phát hiện ra sự khác biệt về tốc độ tích tắc giữa hai đồng hồ tương ứng với việc chúng không đồng ý với nhau chỉ một giây sau mỗi 300 tỷ năm - một phép đo thời gian hiện hành chính xác lập kỷ lục thế giới cho hai đồng hồ tách biệt nhau về mặt không gian.

Để chứng minh các ứng dụng tiềm năng của đồng hồ, các nhà khoa học đã so sánh tần số thay đổi giữa mỗi cặp sáu đồng hồ ghép lại trong một vòng lặp. Họ phát hiện ra rằng sự khác biệt cộng lại bằng 0 khi họ quay trở lại đồng hồ đầu tiên trong vòng lặp, xác nhận tính nhất quán của các phép đo của họ và thiết lập khả năng họ có thể phát hiện những thay đổi tần số nhỏ trong mạng đó. Chi tiết tham khảo tại:

Xin Zheng, Jonathan Dolde, Varun Lochab, Brett N. Merriman, Haoran Li, Shimon Kolkowitz. Differential clock comparisons with a multiplexed optical lattice clock. Nature, 2022; 602 (7897): 425 DOI: 10.1038/s41586-021-04344-y.

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: contact@imc.org.vn   Website: https://imc.org.vn