นาฬิกานิวเคลียร์เคลื่อนเข้าใกล้ความเป็นจริงมากขึ้นด้วยความก้าวหน้าทางฟิสิกส์ครั้งใหม่

นาฬิกานิวเคลียร์มีความแม่นยำมากกว่านาฬิกาอะตอม

นาฬิกานิวเคลียร์ถือว่ามีความสามารถมากกว่านาฬิกาอะตอมมาก เนื่องจากนาฬิกาอะตอมสามารถบอกระยะเวลาเป็นวินาทีได้โดยการสลับเปลี่ยนพลังงานในอิเล็กตรอนของอะตอม และปัจจุบันถือเป็นนาฬิกาที่มีสมรรถนะสูงสุดในการบอกเวลา

อย่างไรก็ตาม นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการใหม่ที่สามารถปรับปรุงความแม่นยำนี้ได้โดยการกระตุ้นและวัดการแกว่งในเป้าหมายที่ยากยิ่งขึ้น นั่นก็คือ นิวเคลียสของอะตอม (นิวเคลียสเป็นแกนกลางของอะตอม)

นาฬิกานิวเคลียร์ใกล้เป็นจริงแล้วด้วยความก้าวหน้าทางกายภาพใหม่ รูปที่ 1 — นาฬิกานิวเคลียร์ทำงานอย่างไร: นักวิทยาศาสตร์ วัดความถี่ของพัลส์พลังงานที่ส่งผลต่อนิวเคลียสของอะตอมโดยการนับความยาวคลื่นในสัญญาณ UV ความยาวคลื่นเหล่านี้สามารถทำให้การเปลี่ยนผ่านของนิวเคลียสเกิดการสั่นที่ความถี่สูงขึ้น ทำให้การบอกเวลาแม่นยำยิ่งขึ้น ภาพ: สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ

สำหรับนาฬิกานิวเคลียร์ นักวิทยาศาสตร์ใช้แสงอัลตราไวโอเลตเพื่อกระตุ้นนิวเคลียสในอะตอมทอเรียม-229 ในผลึกแข็ง จากนั้นพวกเขาวัดความถี่ของพัลส์พลังงานที่กระทบนิวเคลียส ซึ่งเทียบเท่ากับลูกตุ้มในนาฬิกาทั่วไป และนับความยาวคลื่นในแสงอัลตราไวโอเลตโดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่าหวีความถี่แสง

การสร้างพลังงานกระโดดในนิวเคลียสต้องใช้สัญญาณความถี่ที่สูงกว่าสัญญาณที่ใช้ในนาฬิกาอะตอมมาก ด้วยจำนวนรอบคลื่นต่อวินาทีที่มากขึ้น คาดว่าวิธีการนี้จะช่วยให้การวัดเวลาแม่นยำยิ่งขึ้น

แม้ว่านาฬิกานิวเคลียร์ยังอยู่ในระหว่างการพัฒนา แต่พวกเขาก็ตระหนักดีว่านาฬิกาดังกล่าวอาจเปลี่ยนแปลงไม่เพียงแต่การบอกเวลาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงงานวิจัยทางฟิสิกส์ด้วย และยังส่งผลต่อวิธีที่นักวิทยาศาสตร์ศึกษาโครงสร้างของจักรวาลอีกด้วย

ต้นแบบมีความแม่นยำเท่ากับนาฬิกาอะตอมแล้ว และคาดว่าเวอร์ชันในอนาคตจะมีความแม่นยำและเสถียรยิ่งขึ้น ตามการวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature เมื่อวันที่ 4 กันยายน

“มีปัจจัยบางประการที่เราสามารถนำมาใช้ประโยชน์เพื่อปรับปรุงความแม่นยำ” Chuankun Zhang นักศึกษาระดับปริญญาตรีที่ JILA ซึ่งเป็นศูนย์วิจัยที่ได้รับทุนสนับสนุนจากมหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอร์และสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ ซึ่งเป็นผู้เขียนหลัก กล่าว

การปฏิวัติทางกายภาพ?

เป็นที่ทราบกันดีว่าความแม่นยำของนาฬิกาอะตอมนั้นสูงกว่านาฬิกาทั่วไปมาก เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นาฬิกาอะตอมถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยี GPS สำหรับการสำรวจอวกาศและการบอกเวลาระหว่างประเทศ

นอกจากนี้ ความแม่นยำและเสถียรภาพของนาฬิกาอะตอมยังมอบเครื่องมือสำคัญให้กับนักวิทยาศาสตร์ในการศึกษาแผ่นดินไหว สนามโน้มถ่วง และกาลอวกาศอีกด้วย

นาฬิกานิวเคลียร์ใกล้เป็นจริงแล้วด้วยความก้าวหน้าทางกายภาพใหม่ รูปที่ 2 — เพื่อทำให้นาฬิกานิวเคลียร์ทำงาน นักวิทยาศาสตร์ใช้แสงอัลตราไวโอเลตเพื่อกระตุ้นนิวเคลียสในอะตอมทอเรียม-229 ภาพ: JILA

อย่างไรก็ตาม นาฬิกาอะตอมก็มีแนวโน้มที่จะเกิดการดีซิงโครไนซ์ได้เช่นกัน จางกล่าวว่า สัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถรบกวนอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นและส่งผลต่อความแม่นยำของการบอกเวลา

สาขาเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะได้รับการ "กระตุ้น" ดร. Olga Kocharovskaya ศาสตราจารย์กิตติคุณด้านฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Texas A&M ซึ่งไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว

เธอกล่าวเสริมว่านาฬิกานิวเคลียร์ไม่เพียงแต่แม่นยำกว่าเท่านั้น แต่ยังเรียบง่ายกว่าและพกพาสะดวกกว่าอีกด้วย เนื่องจากต่างจากนาฬิกาอะตอม นาฬิกานิวเคลียร์ไม่จำเป็นต้องมีสภาวะสุญญากาศสูง การทำความเย็นที่รุนแรง หรือการป้องกันจากการรบกวนทางแม่เหล็กและไฟฟ้า

ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าว แม้ว่ายังมีปัจจัยอีกหลายประการที่จำเป็นต้องบรรลุก่อนที่นาฬิกานิวเคลียร์จะมีประสิทธิภาพแซงหน้าหรือแทนที่นาฬิกาอะตอมได้ แต่การค้นพบเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเวลาดังกล่าวไม่ได้อยู่ไกลเกินเอื้อม

ฮาจาง (ตามรายงานของ CNN)

ที่มา: https://www.congluan.vn/dong-ho-hat-nhan-den-gan-thuc-te-nho-nhung-dot-pha-vat-ly-moi-post312059.html