Đồng hồ nguyên tử là gì? Nguyên tắc hoạt động của đồng hồ nguyên tử

Đồng hồ nguyên tử, cái tên nghe có vẻ rất cao siêu này thực chất là gì, liệu mẫu đồng hồ này có “đáng gờm”. Tìm hiểu câu trả lời ngay trong bài viết dưới đây!

1Đồng hồ nguyên tử là gì?

Đồng hồ nguyên tử là đồng hồ điều chỉnh thời gian theo trạng thái dao động của nguyên tử. Tần số dao động của nguyên tử là không đổi và có thể đo được nên có thể lấy nó quy đổi thành đơn vị đo thời gian.

Năm 1949, đồng hồ nguyên tử đầu tiên hoạt động theo chuyển động của phân tử Amoniac được chế tạo bởi Viện tiêu chuẩn và kĩ thuật Quốc gia Hoa Kỳ (NIST, trước kia NBS).

Năm 1955, nhà vật lý học Louis Essen chế tạo thành công đồng hồ nguyên tử hoạt động theo chuyển động nguyên tử cesium (133Cs) tại phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia Anh (NPL).

Năm 1967, “đồng hồ nguyên tử Cesium-133” trở thành tiêu chuẩn để xác định một giây trong Hệ thống Đơn vị Quốc tế.

Đồng hồ nguyên tử được dùng đo chính xác thời gian, xác định và phối hợp các múi giờ và các hệ thống giờ với nhau. Ngoài ra, đồng hồ nguyên tử còn được dùng trong tên lửa, máy bay không người lái, và đặc biệt là đo thời gian để xác định khoảng cách trên vệ tinh trong các hệ thống định vị như GPS, GLONASS hay Galileo.

2Đồng hồ nguyên tử có chính xác không?

Dựa trên tần số dao động của nguyên tử là không đổi và có thể đo được, vì vậy đồng hồ nguyên tử là loại đồng hồ chính xác nhất cho tới nay.

Một chiếc đồng hồ cơ chính xác nhất có độ sai số khoảng từ -4 đến +6 giây/ngày còn đồng hồ pin tốt nhất có độ chính xác +-2 giây sau 10 ngày, trong khi đó đồng hồ nguyên tử lại có độ chính xác tuyệt đối.

Với sự ra đời của đồng hồ nguyên tử, các nhà khoa học đã có thể đưa ra mức tiêu chuẩn cho đơn vị một giây (độ chính xác đồng hồ nguyên tử thường có giá trị khoảng 10 − 14 (chênh lệch 1 giây sau 3 triệu năm).

Mức độ chuẩn xác thời gian đáng kinh ngạc có vai trò cực kỳ quan trọng cho việc phục vụ các công trình nghiên cứu khoa học.

3Nguyên tắc hoạt động của đồng hồ nguyên tử

Đồng hồ nguyên tử điều chỉnh thời gian theo trạng thái hoạt động của nguyên tử. Loại nguyên tử được sử dụng trong đồng hồ nguyên tử đã thay đổi liên tục theo thời gian kể từ khi loại đồng hồ này ra đời: Lần lượt theo thời gian là phân tử Amoniac, hiện tại là Cesium, Rubidium, Hydro, Strontium,.. trong tương lai có thể là ánh sáng.

Hiện nay, “đồng hồ nguyên tử Cesium-133” trở thành tiêu chuẩn để xác định một giây trong Hệ thống Đơn vị Quốc tế.

Một nguyên tử bao gồm một hạt nhân nguyên tử và các electron tuần hoàn xung quanh nó. Các loại nguyên tử khác nhau tạo nên môi trường vật lý của chúng ta, mỗi loại có năng lượng riêng được quyết định bởi số electron quay quanh và lực hút điện từ.

Nguyên tử hấp thụ rồi phát ra ánh sáng và sóng điện ở một tần số cụ thể khi nó thay đổi thành trạng thái năng lượng khác. Dựa vào yếu tố này, đồng hồ nguyên tử sử dụng các sóng điện từ và tần số ánh sáng của các loại nguyên tử để làm tiêu chuẩn đo lường thời gian chính xác cao của các loại nguyên tử như hydro, cesium, rubidium có tần số giao động ít chênh lệch nhất.

4Có nên mua đồng hồ nguyên tử không?

Tuy không thể phủ nhận rằng sự phát minh ra đồng hồ nguyên tử một điều kỳ diệu của sự khéo léo của con người.

Nếu không có sáng kiến này làm nền cho khoa học, các hệ thống định vị toàn cầu và công nghệ khác mà phụ thuộc vào tính chính xác thời gian chính xác sẽ không đạt hiệu quả như hôm nay.

Tuy vậy đối với phần đồng chúng ra, một chiếc đồng hồ nguyên tử có lẽ không ảnh hưởng gì nhiều đến cuộc sống cả bởi chẳng mấy ai bận tâm đến độ chính xác đến mili giây.

Tuy nhiên với những người đam mê đồng hồ thực sự, việc sở hữu chiếc đồng hồ này là điều bình thường, xuất phát từ sở thích cá nhân.

Nếu bạn là người yêu thích và khao khát phải sở hữu công nghệ đo giờ mới nhất, tiên tiến nhất trên đồng hồ thì đồng hồ nguyên tử là lựa chọn hàng đầu, tuy nhiên giá thành của chiếc đồng hồ này trên thị trường cũng có thể làm bạn choáng váng.

Trên đây là bài viết giới thiệu những thông tin khái quát nhất về đồng hồ nguyên tử. Mong rằng bài viết cung cấp những thông tin hữu ích với bạn!