Đồng hồ hạt nhân laser chính xác gấp 10 lần đồng hồ nguyên tử

Đồng hồ hạt nhân chính xác hơn đồng hồ nguyên tử quang học có tiềm năng giúp giới nghiên cứu khám phá vật chất tối.

Cơ cấu mà nhóm nghiên cứu dùng để giữ thorium-229. Ảnh: Phòng thí nghiệm đo lường lượng tử RIKEN

Các nhà vật lý ở Phòng thí nghiệm đo lường lượng tử RIKEN, viện nghiên cứu khoa học quốc gia ở Nhật Bản, tạo ra đột phá mới trong phát triển đồng hồ hạt nhân sử dụng laser. Những đồng hồ hạt nhân này được cải tiến thông qua đo chu kỳ bán rã của hạt nhân thorium-229. Nhóm nghiên cứu giữ thành công các ion thorium-229 và đo chính xác chu kỳ bán rã của chúng bằng laser, Interesting Engineering hôm 18/8 đưa tin.

Trái với đồng hồ nguyên tử quang học tốt nhất chỉ lệch một giây sau 30 tỷ năm, đồng hồ hạt nhân có thể giúp giới khoa học khám phá vật chất tối. Đồng hồ hạt nhân thế hệ mới có thể trở nên chính xác gấp 10 lần đồng hồ nguyên tử quang học do hạt nhân kém nhạy hơn với trường điện từ bên ngoài và biến động nhiệt độ so với electron, theo RIKEN.

Nhằm phát triển đồng hồ nguyên tử thế hệ mới chính xác hơn, các nhà khoa học sử dụng thorium-229 do hạt nhân của nó ít bị ảnh hưởng bởi yếu tố bên ngoài. Độ chính xác tăng lên giúp khám phá những hiện tượng vật lý mới. Nhóm chuyên gia áp dụng một kỹ thuật laser để giữ ion thorium-229, sau đó đo chu kỳ bán rã của chúng.

Các nhà nghiên cứu nhận định một cách tiếp cận hứa hẹn để hiện thực hóa đồng hồ nguyên tử là giữ ion thorium-229 thiếu 3 electron (229Th3+). Lợi thế của những ion thorium như vậy là có thể làm mát bằng laser. Chúng cũng dễ dàng được phát hiện nhờ phát sáng huỳnh quang khi chiếu laser. Hạt nhân thorium-229 đặc biệt hữu ích do có thể kích thích chúng bằng laser cực tím trong buồng chân không. Thông qua đo chu kỳ bán rã của những ion này, nhóm nghiên cứu có thể đảm bảo sử dụng chúng hiệu quả trong đồng hồ nguyên tử.

Theo nhà nghiên cứu Atsushi Yamaguchi ở Phòng thí nghiệm đo lường lượng tử RIKEN, chu kỳ bán rã của ion thorium-229 rất phù hợp. "Nếu chu kỳ quá dài, chúng tôi không thể đo được nhưng nếu quá ngắn, chúng tôi không thể sử dụng ion để tạo ra đồng hồ hạt nhân độ chính xác cao", Yamaguchi chia sẻ.

An Khang (Theo Interesting Engineering)