Chế tạo đồng hồ nguyên tử đơn giản nhất

Chiếc đồng hồ được tạo ra bởi duy nhất 1 loại hạt trong nguyên tử được các nhà khoa học cho là loại đồng hồ không thể đơn giản hơn.

Thiết bị đo thời gian mới này còn có thể xác định được khối lượng. Bên cạnh đó, thành công này mở đường cho các nhà nghiên cứu tạo ra những chiếc đồng hồ kì lạ hơn vào tương lai không xa - không sử dụng các hạt hoặc thậm chí dựa trên phản vật chất.

Chiếc đồng được tạo ra chỉ từ một hạt nguyên tử được coi là đơn giản nhất từ trước tới nay.

Chiếc đồng hồ đơn giản nhất đã được tạo ra là những chiếc đồng hồ nguyên tử, dựa vào cách các nguyên tử di chuyển giữa hai mức năng lượng. Về cơ bản, những chiếc đồng hồ này cần ít nhất 2 hạt - hạt nhân nguyên tử và electron chuyển động giữa các tầng năng lượng xung quanh hạt nhân.

Liệu rằng đồng hồ có thể đơn giản hơn thế?

Các nhà nghiên cứu đã đặt câu hỏi và đưa ra giả thuyết về chiếc đồng hồ được tạo ra chỉ nhờ một loại hạt. Bắt đầu với phương trình nổi tiếng của (Einstein) E=mc2 và hệ quả của nó là giả thuyết sóng de Broglie cho thấy, giả thuyết có thể hiện thực hóa qua sự chuyển đổi năng lượng. Như vậy, một hạt của vật chất về nguyên tắc có thể dao động thường xuyên như ngon sóng, do đó hoạt động theo nguyên lý của đồng hồ.

Vấn đề là tần số dao động của một hạt vật chất quá cao nên không ai có thể đo lường được nó. Một lần nữa nhờ thuyết tương đối của Einstein, các nhà vật lý biết rằng khi các vật thể di chuyển và trở về một vị trí cố định, chúng sẽ trải qua ít thời gian hơn so với vật đứng yên.

Holger Müller, nhà vật lý tại trường đại học California, Berkeley đã đề xuất việc dùng tia laze tách nhỏ 1 hạt trong nguyên tử Xêzi (Cs 55) thành hai phần, một nửa di chuyển và quay lại, nửa kia giữ nguyên vị trí cũ. “Một ít, rất ít thời gian (1/3 giây) đã trôi qua khi nửa kia di chuyển, vì vậy nó dao động ít hơn nửa còn lại khoảng 100.000 dao động”.

Thí nghiệm cho thấy chúng ta có thể đo thời gian nhờ một hạt duy nhất, loại đồng hồ chính xác như đồng hồ nguyên tử được phát triển 60 năm trước đây nhưng ít chính xác hơn khoảng 1 tỷ lần loại đồng hồ nguyên tử mới nhất, đồng hồ quang học.

Holger Müller và các đồng nghiệp còn liên kết thời gian với khối lượng của nguyên tử, như vậy thời gian có thể được sử dụng để xác định khối lượng. Một khả năng thú vị cùng phiên bản đồng hồ này là dựa trên phản vật chất thay vì vật chất thông thường. Vật chất và phảnv ật chất sẽ nổ tung khi tiếp xúc với nhau và một trong số các bí ẩn của vũ trụ là lý do tại sao chúng ta chưa từng biết đến phản vật chất.