Tìm hiểu về đồng hồ nguyên tử – Phần 1

Bạn đã bao giờ nghe đến khái niệm đồng hồ nguyên tử chưa?

Đồng hồ nguyên tử được đánh giá cao ở độ siêu chính xác, tức là nó cho phép con người nhận biết được thời gian 1 cách hoàn hảo. Trên thế giới hiện nay có những chiếc đồng hồ nguyên tử siêu chính xác có thể đạt sai số tính bằng tỷ năm. Thậm chí có cả những mẫu đồng hồ chỉ sai 1 giây trong suốt 30 tỷ năm. Thật kinh ngạc phải không nào?

Vậy đồng hồ nguyên tử là gì? Đây là loại đồng hồ đo đạc tính toán thời gian dựa trên trạng thái dao động của nguyên tử. Nguyên tử có tần số dao động là không đổi và chúng ta có thể đo được, do vậy mà đòng hồ nguyên tử được đánh giá là loại đồng hồ siêu chính xác hiện nay. Các loại nguyên tử được sử dụng cho mẫu đồng hồ nguyên tử luôn được thay đổi liên tục theo thời gian. Kể từ khi mẫu đồng hồ này ra đời, người ta nhận thấy phân tử amoniac và hiện tại là các phân tử như strontium, hydro, rubidium hoặc cesium,… Về tương lai có thể loài người còn chế tạo đồng hồ nguyên tử sử dụng năng lượng ánh sáng.

Lịch sử của đồng hồ nguyên tử

Vào năm 1949, chiếc đồng hồ nguyên tử đầu tên được hoạt động dựa trên chuyển động của phân tử có tên gọi amoniac xuất hiện tại Hoa Kỳ.

Năm 1955, Louis Essen – 1 nhà vật lý học nổi tiếng đã chế tạo nên chiếc đồng hồ nguyên tử chuyển động dựa theo nguyên tử cesium.

Chiếc đồng hồ nguyên tử có cơ chế hoạt động dựa trên phát minh của tiến sĩ Isidor issac Rabi vào 1945.

Mỗi một nguyên tử đều bao gồm 1 hạt nhân nguyên tử cùng các electron tuần hoàn xoay quanh nó. Các nguyên tử có ý nghĩa tạo nên môi trường vật lý cho chúng ta, trong đó mỗi một loại nguyên tửu sẽ có năng lượng riêng được quyết định nhờ số electron quay quanh và nhờ lực hút điện từ.

Nguyên tử khi hấp thụ rồi phát ra ánh sáng cùng dòng điện ở tần số cụ thể khi nó biến đổi sang trạng thái năng lượng khác. Dựa theo yếu tố này, chiếc đồng hồ nguyên tử sử dụng tần số ánh sáng và sóng điện từ của các nguyên tử để làm tiêu chuẩn xác định, đo lường chính xác thời gian.

Nhóm nguyên tố 1 như hydro, rubidium hoặc cesium tronng bảng tuần hoàn đều được sử dụng tốt trong những chiếc đồng hồ nguyên tử ngày nay. Song song với điều này, chiếc đồng hồ nguyên tử cũng sử dụng 1 trong 2 hệ thống chính là hoạt động hoặc thụ động,

Nếu như hệ thống thụ động có thể xác định tần số chính xác của 1 nguyên tử cộng hưởng cùng sóng điện từ của nhiều tần số khác nhau thì hệ thống hoạt động lại xác định tần số bằng cách cho phép các loại nguyên tử khác nhau phát ra sóng điện từ.