Khoa học sắp "định nghĩa lại khái niệm giây" nhờ nghiên cứu mới này

Nhằm đo thời gian chính xác hơn nữa, các nhà nghiên cứu từ đến từ sáu quốc gia châu Âu đã hợp lực so sánh mười chiếc đồng hồ quang học siêu chính xác cùng lúc — một việc chưa từng được thực hiện trên quy mô lớn như vậy trước đây. Những chiếc đồng hồ này, sử dụng tia laser để đo cách nguyên tử nhảy giữa các mức năng lượng, chính xác hơn rất nhiều so với đồng hồ nguyên tử xê-si truyền thống. Trên thực tế, đồng hồ quang học có thể sai lệch chưa đến một giây sau hàng tỷ năm.

Để kiểm tra mức độ đồng bộ giữa các đồng hồ, nhóm nghiên cứu đã thực hiện 38 phép đo gọi là tỉ số tần số . Bốn trong số đó chưa bao giờ được đo trực tiếp trước đây, và nhiều phép đo đạt độ chính xác cao chưa từng có. Thí nghiệm này giúp chúng ta tiến gần hơn tới việc cập nhật cách thế giới định nghĩa một giây, có thể chuyển từ đồng hồ xê-si sang đồng hồ quang học.

Tiến sĩ Helen Margolis từ Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia Anh (NPL) cho biết: “ Tín hiệu thời gian và tần số chính xác do đồng hồ nguyên tử cung cấp là thiết yếu cho nhiều công nghệ hàng ngày như GPS, quản lý lưới điện và giữ cho các giao dịch tài chính đồng bộ .”

Việc kết nối các đồng hồ này qua khoảng cách xa rất phức tạp. Các nhà khoa học đã sử dụng hai phương pháp kết nối: tín hiệu GPS từ vệ tinh và cáp quang tự chế. GPS có thể tiếp cận được với tất cả các đồng hồ nhưng không đạt độ chính xác cao nhất do nhiễu và vấn đề tín hiệu. Cáp quang được sử dụng ở Pháp, Đức và Ý cho độ chính xác cao hơn 100 lần nhưng chỉ phủ được khoảng cách ngắn. Với các đồng hồ trong cùng phòng thí nghiệm, như ở Đức và Anh, cáp quang ngắn giúp giảm sai số nhiều hơn nữa.

Phát hiện được công bố trên tạp chí Optica chuyên về khoa học quang học. Nhóm cũng xem xét cách các tỉ số tần số khác nhau so sánh giữa các hệ thống để phát hiện bất kỳ sự không khớp hoặc mẫu hình nào.

Tiến sĩ Marco Pizzocaro từ Viện Đo lường Quốc gia Ý (INRiM) cho biết: “ Những phép đo này cung cấp thông tin quan trọng về công việc cần thiết để đồng hồ quang học đạt được độ chính xác và độ tin cậy cần thiết cho việc xác định thời gian quốc tế .” Ông nói thêm rằng hệ thống hoạt động như một phòng thí nghiệm phân tán, có thể dùng cho nghiên cứu vật lý sâu hơn như tìm kiếm vật chất tối hoặc kiểm tra nền tảng vật lý.

Việc phối hợp cả mười chiếc đồng hồ và giữ chúng hoạt động đồng bộ tại sáu quốc gia đòi hỏi sự chuẩn bị công phu. Một số kết quả không khớp với dự đoán, nhưng việc có nhiều đồng hồ hoạt động cùng lúc giúp xác định nơi xảy ra vấn đề.

“Không phải tất cả kết quả đều khớp với dự kiến, và chúng tôi ghi nhận một số bất nhất trong các phép đo. Tuy nhiên, việc so sánh nhiều đồng hồ cùng lúc và sử dụng nhiều hơn một kỹ thuật kết nối giúp xác định nguồn gốc vấn đề dễ dàng hơn.”

Các nhà nghiên cứu cho biết cần thêm nhiều công trình để giảm sai số đo lường và đảm bảo đồng hồ quang học luôn đáng tin cậy theo thời gian. Nếu thành công, những chiếc đồng hồ này có thể sớm trở thành chuẩn mực để định nghĩa thời gian trên toàn cầu.