นาฬิกาพลังงานนิวเคลียร์เข้าใกล้ความเป็นจริงมากขึ้นด้วยความก้าวหน้าทางฟิสิกส์ครั้งใหม่

นาฬิกานิวเคลียร์มีความแม่นยำมากกว่านาฬิกาอะตอม

นาฬิกานิวเคลียร์ถือว่ามีความสามารถมากกว่านาฬิกาอะตอมมาก ซึ่งกำหนดเวลาเป็นวินาทีโดยการส่งพลังงานไปยังอิเล็กตรอนของอะตอม และถือเป็นนาฬิกาที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในปัจจุบัน

อย่างไรก็ตาม นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการใหม่ที่สามารถปรับปรุงความแม่นยำนี้ได้โดยการกระตุ้นและวัดการแกว่งในเป้าหมายที่ยากยิ่งขึ้น นั่นก็คือ นิวเคลียสของอะตอม (นิวเคลียสเป็นแกนกลางของอะตอม)

นาฬิกาพลังงานนิวเคลียร์ใกล้จะเป็นจริงแล้วด้วยความก้าวหน้าทางกายภาพใหม่ รูปที่ 1 — นาฬิกานิวเคลียร์ทำงานอย่างไร: นักวิทยาศาสตร์วัดความถี่ของพัลส์พลังงานที่กระทบนิวเคลียสของอะตอมโดยการนับความยาวคลื่นในสัญญาณ UV ความยาวคลื่นสามารถทำให้การเปลี่ยนผ่านของนิวเคลียสเกิดการแกว่งที่ความถี่สูงขึ้น ช่วยให้วัดเวลาได้แม่นยำยิ่งขึ้น ภาพ: สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ

สำหรับนาฬิกานิวเคลียร์ นักวิทยาศาสตร์ใช้แสงอัลตราไวโอเลตเพื่อกระตุ้นนิวเคลียสในอะตอมทอเรียม-229 ในผลึกแข็ง จากนั้นพวกเขาจึงวัดความถี่ของพัลส์พลังงานที่กระทบนิวเคลียส ซึ่งเทียบเท่ากับลูกตุ้มในนาฬิกาทั่วไป และนับความยาวคลื่นในแสง UV โดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่าหวีความถี่แสง

การสร้างพลังงานกระโดดในนิวเคลียสต้องใช้สัญญาณความถี่ที่สูงกว่าสัญญาณความถี่ของนาฬิกาอะตอมมาก เนื่องจากมีรอบคลื่นต่อวินาทีมากขึ้น วิธีนี้จึงคาดว่าจะให้การวัดเวลาที่แม่นยำยิ่งขึ้น

แม้ว่านาฬิกานิวเคลียร์ยังอยู่ในระหว่างการพัฒนา แต่พวกเขาก็ตระหนักดีว่านาฬิกานี้สามารถเปลี่ยนแปลงไม่เพียงแต่การบอกเวลาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงงานวิจัยทางฟิสิกส์ด้วย และยังส่งผลต่อวิธีที่นักวิทยาศาสตร์ศึกษาโครงสร้างของจักรวาลอีกด้วย

ต้นแบบนี้มีความแม่นยำเท่ากับนาฬิกาอะตอมแล้ว และคาดว่าเวอร์ชันในอนาคตจะมีความแม่นยำและเสถียรยิ่งกว่านี้ ตามการวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature เมื่อวันที่ 4 กันยายน

Chuankun Zhang ผู้เขียนหลักของการศึกษานี้ซึ่งเป็นนักศึกษาระดับปริญญาตรีของ JILA ศูนย์วิจัยที่ได้รับทุนสนับสนุนจากมหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอร์และสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ กล่าวว่า “มีปัจจัยบางประการที่เราสามารถนำมาใช้ประโยชน์เพื่อปรับปรุงความแม่นยำได้”

การปฏิวัติทางกายภาพ?

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าความแม่นยำของนาฬิกาอะตอมนั้นมีสูงกว่านาฬิกาทั่วไปมาก นาฬิกาอะตอมถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยี GPS เพื่อการสำรวจอวกาศและการบอกเวลาระหว่างประเทศมานานหลายทศวรรษ

นอกจากนี้ ความแม่นยำและเสถียรภาพของนาฬิกาอะตอมยังมอบเครื่องมือสำคัญให้กับนักวิทยาศาสตร์ในการศึกษาแผ่นดินไหว สนามโน้มถ่วง และกาลอวกาศอีกด้วย

นาฬิกาพลังงานนิวเคลียร์ใกล้จะเป็นจริงแล้วด้วยความก้าวหน้าทางกายภาพใหม่ รูปที่ 2 — เพื่อให้นาฬิกานิวเคลียร์ทำงานได้ นักวิทยาศาสตร์ใช้แสงอัลตราไวโอเลตเพื่อกระตุ้นนิวเคลียสในอะตอมทอเรียม-229 ภาพ : JILA

อย่างไรก็ตาม นาฬิกาอะตอมก็มีความเสี่ยงต่อการสูญเสียการซิงโครไนซ์เช่นกัน การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถรบกวนอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นและส่งผลกระทบต่อความแม่นยำของการจับเวลาได้ จาง ผู้เขียนกล่าว

ดร. Olga Kocharovskaya ศาสตราจารย์กิตติคุณสาขาฟิสิกส์จาก Texas A&M University ผู้ไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องกับงานวิจัย กล่าวว่าสาขาเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะได้รับการ "กระตุ้น"

เธอกล่าวเสริมว่า นาฬิกาพลังงานนิวเคลียร์ไม่เพียงแต่มีความแม่นยำมากกว่าเท่านั้น แต่ยังใช้งานง่ายและพกพาสะดวกกว่าด้วย เนื่องจากไม่เหมือนนาฬิกาอะตอม ตรงที่นาฬิกาพลังงานนิวเคลียร์ไม่จำเป็นต้องมีสภาวะสุญญากาศสูง ไม่มีการระบายความร้อนที่รุนแรง หรือได้รับการป้องกันจากการรบกวนทางแม่เหล็กและไฟฟ้า

ตามที่นักวิทยาศาสตร์ได้กล่าวไว้ แม้ว่ายังคงมีปัจจัยหลายประการที่จำเป็นต้องดำเนินการก่อนที่นาฬิกานิวเคลียร์จะมีประสิทธิภาพเหนือกว่านาฬิกาอะตอม หรือเข้ามาแทนที่ได้ แต่ผลการค้นพบเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเวลานั้นไม่ได้อยู่ไกลเกินเอื้อม

ฮาตรัง (ตามรายงานของ CNN)

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