Nguyên tố đất hiếm có thể giúp định nghĩa lại thời gian

Dân trí Cái gì là “1 giây”? Nó có chắc chắn chính xác như chúng ta nghĩ không?

Nguyên tố đất hiếm có thể giúp định nghĩa lại thời gian - 1

Trong 1 giây ngắn ngủi, chúng ta có thể làm rất nhiều điều: nhận ra người quen, búng ngón tay, cảm nhận tình yêu, buồn ngủ hoặc hắt hơi. Hiện giờ, những đồng hồ đo thời gian chính xác nhất thế giới có độ chậm khoảng 1 giây sau 300 triệu năm - vì vậy một đồng hồ bắt đầu hoạt động từ thời kỳ khủng long đến nay sẽ không có sai số nào cả. Nhưng các nhà khoa học tin rằng chúng ta có thể làm tốt hơn thế.

Hy vọng mới đang được đặt vào Lutetium, nguyên tố đất hiếm bị bỏ quên lâu nay, nằm ở góc dưới cùng của bảng tuần hoàn hóa học. Nghiên cứu mới đã được công bố ngày 25 tháng 4 trên tạp chí Nature Communications .

Vì sao một giây không phải là một giây?

Trước kia, một giây được định nghĩa là một phần rất nhỏ (1/86400) của ngày mặt trời bình thường, khi trái đất quay đủ một vòng (24 giờ) quanh trục của nó. Nhưng do nhiều lý do, vòng quay này có thể thay đổi (ví dụ do động đất và sóng thần ở Ấn Độ Dương năm 2004 , trái đất đã quay nhanh hơn khoảng 3 micro giây), vì thế các nhà khoa học đã quyết định ngừng dùng mặt trời để hiệu chỉnh đồng hồ và thu nhỏ mọi thứ xuống - tới cấp nguyên tử, thứ không thể quan sát bằng mắt thường.

Năm 1967, Ủy ban quốc tế về khối lượng và đo lường (CIPM) xác định “1 giây” là thời gian cần thiết cho một nguyên tử Cesium (Cs) hấp thụ đủ năng lượng để được kích thích - tức là các electron của nó chuyển từ trạng thái năng lượng hiện có sang trạng thái năng lượng tiếp theo . Hay nói cách khác khi nguyên tử Cesium chuyển đổi giữa 2 trạng thái năng lượng đủ 9,192,631,770 lần, thì đó được tính là 1 giây. Việc đo đếm này mất tới ba năm để hoàn thành, theo tạp chí khoa học American Scientific .


Các nhà nghiên cứu bên cạnh đồng hồ nguyên tử Cesium mã NIST-7. Được đặt tại Gaithersburg, bang Maryland, chiếc đồng hồ này chịu trách nhiệm đo đếm thời gian ở Mỹ từ năm 1993 đến năm 1999, nhưng sau này đã được thay thế bằng loại đồng hồ Cesium khác chính xác hơn. Ảnh: Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ.

Các nhà nghiên cứu bên cạnh đồng hồ nguyên tử Cesium mã NIST-7. Được đặt tại Gaithersburg, bang Maryland, chiếc đồng hồ này chịu trách nhiệm đo đếm thời gian ở Mỹ từ năm 1993 đến năm 1999, nhưng sau này đã được thay thế bằng loại đồng hồ Cesium khác chính xác hơn. Ảnh: Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ.

Ngày nay, hàng trăm đồng hồ nguyên tử Cesium chịu trách nhiệm gìn giữ thời gian toàn cầu và kiểm soát hệ thống định vị GPS . Nhưng trong khoảng một thập kỷ qua, thế hệ đồng hồ nguyên tử khác đã nổi lên. Được gọi là "đồng hồ quang học", chúng đạt độ chính xác hơn 100 lần so với loại cũ. Hoạt động theo nguyên lý giống hệt đồng hồ Cesium nhưng chúng sử dụng các nguyên tử nhôm hoặc Ytterbi bị kích thích bởi tần số cao hơn của ánh sáng nhìn thấy được (do đó có tên "quang") chứ không phải chu kỳ vi sóng chậm hơn.

So với 9,192,631,770 - 9,1 tỷ lần chu kỳ dao động của ion Cesium, chu kỳ dao động của các ion Ytterbi là 1.6 x 1,000,000,000,000,000,000 - 1,6 tỷ tỷ lần, con số công bố năm 2013. Sự vượt trội này bổ sung thêm nhiều dữ liệu hơn vào định nghĩa về "giây", giúp phép đo được chính xác hơn. “Hãy hình dung 2 loại đồng hồ như một cặp thước kẻ”, Murray Barrett, giáo sư vật lý tại Đại học Quốc gia Singapore và là chủ trì nghiên cứu mới cho biết. “Nếu cái thước cũ (Cesium) đo theo centimet, thước “quang học” mới chính xác hơn có thể đo đến từng milimet”, ông nói.


Đồng hồ NIST-F1 đảm nhiệm việc đo lường thời gian thực ở Mỹ hiện nay, là một trong những đồng hồ chính xác nhất thế giới. Ảnh: NIST.

Đồng hồ NIST-F1 đảm nhiệm việc đo lường thời gian thực ở Mỹ hiện nay, là một trong những đồng hồ chính xác nhất thế giới. Ảnh: NIST.

Trong khi các đồng hồ quang học có độ chính xác rất cao, việc để chúng hoạt động trong một thời gian dài và và liên tục có thể nảy sinh vấn đề, theo giáo sư Barrett. Nhiệt độ môi trường quanh đồng hồ tăng cao sẽ ảnh hưởng đến trường điện từ tác động lên nguyên tử, và có thể làm sai lệch thời gian đo lường được. Vì vậy, ông phát biểu với trang Live Science rằng đồng hồ Cesium vẫn còn "đáng tin cậy hơn nhiều trong việc đo đếm so với đồng hồ quang học mới".

Tăng tính “trơ” cho đồng hồ nguyên tử

Trong công bố mới của mình, giáo sư Barrett và nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng một ion Lutetium ít nhạy cảm với nhiệt độ môi trường hơn bất kỳ nguyên tố nào khác dùng trong đồng hồ quang học trước kia.

Các nguyên tử Lutetium cũng giúp bù đắp cho một vấn đề khác ảnh hưởng đến việc đo lường thời gian, theo nhóm nghiên cứu. Bởi vì các nguyên tử được sử dụng trong các đồng hồ này được “sạc pin”, chúng dao động qua lại để phản ứng với trường điện từ do sóng tạo ra (ánh sáng nhìn thấy, vi sóng, v.v.) - và điều này có thể làm lệch thời gian đo.

Lâu nay các nhà khoa học vẫn phải tính toán bù trừ cho sự thay đổi này, nhưng nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng một loại ion Lutetium có tính chất loại bỏ những “vi chuyển động” đó. Tuy nhiên loại ion Lutetium nói trên lại trở nên nhạy cảm với nhiệt độ môi trường, vì thế phát hiện mới vẫn chưa thể “thay đổi luật chơi” được, theo Jérôme Lodewyck - chuyên gia vật lí ở Đài thiên văn Paris.

Vượt ra ngoài phạm trù thời gian

Theo giáo sư Barrett, các đồng hồ quang học với độ chính xác cao có những ứng dụng mà "không thể thực hiện được với công nghệ hiện nay của chúng ta".

Ví dụ độ nhạy của đồng hồ thay đổi theo vị trí của nó trên thế giới, do thời gian bị bóp méo bởi trọng lực theo Thuyết tương đối rộng của Albert Einstein. Hiện nay, các đồng hồ nguyên tử không thể nào phát hiện được sự cong vênh thời gian xảy ra do lực hấp dẫn. Nhưng nếu các nhà nghiên cứu có thể đặt nhiều đồng hồ quang học trên khắp thế giới, mạng lưới đó sẽ giúp vạch ra trường hấp dẫn của hành tinh chúng ta.

Hơn nữa, các đồng hồ quang học chính xác cao có thể phát hiện các vật chất và năng lượng mà chúng ta không nhìn thấy, theo Lodewyck. Cụ thể là vật chất tối, thứ tạo ra lực hấp dẫn nhưng không tương tác với ánh sáng thông thường và năng lượng tối, sức mạnh bí ẩn dường như đang đẩy nhanh sự giãn nở của vũ trụ , ông nói. Cách làm như sau: Nếu biết tần số dao động đủ để kích thích một số lượng xác định nguyên tử trong khung thời gian của 1 giây, bạn có thể sử dụng nhiều đồng hồ khắp thế giới để phát hiện ra sự bất thường. Một số giả thuyết cho rằng vật chất tối ở đâu đó xung quanh chúng ta, vì vậy “nếu bạn vượt qua một vùng vật chất tối, nó sẽ làm nhiễu đồng hồ”, Lodewyck cho biết.

Thậm chí có những ứng dụng mà chúng ta chưa thể nghĩ ra ngay, Barrett nói. "Khi phát triển đồng hồ để điều hướng tàu biển, chúng tôi không bao giờ hình dung ra được ý tưởng dùng nó xác định bản thân mình đang di chuyển ở đâu trong một thành phố lớn".

Tùng Anh

Theo Livescience

MỚI NHẤT
Cảm biến thế hệ mới giúp “nhìn trộm” vào trong cơ thể
Cảm biến thế hệ mới giúp “nhìn trộm” vào trong cơ thể

(Dân trí) - Các nhà khoa học đã chế tạo được loại cảm biến có thể nuốt vào bụng, cảm biến gắn trên răng và cảm biến tự tiêu hủy.

Thứ tư, 30/05/2018 - 06:10

Vì sao nên để các thiết bị điện tử ra xa phòng ngủ?
Vì sao nên để các thiết bị điện tử ra xa phòng ngủ?

(Dân trí) - Có phải những thiết bị điện tử như máy tính bảng, diện thoại thông minh và máy tính xách tay đang dần dần cướp đi giấc ngủ thoái mái của người Mỹ?

Thứ tư, 30/05/2018 - 06:03

Những lưu ý về sức khoẻ ngày hè
Những lưu ý về sức khoẻ ngày hè

(Dân trí) - Mùa hè, nắng ấm, ít mưa là thời gian thích hợp để dã ngoại, cắm trại, tắm biển, leo núi, thể thao ngoài trời…Nhưng, mùa hè cũng tiềm ẩn những nguy cơ ảnh hưởng sức khỏe như sốc nhiệt, bệnh da do tia tử ngoại, giông sét, đuối biển...

Thứ tư, 30/05/2018 - 05:51

Mục sở thị quá trình xây dựng “cây cầu sống” của đàn kiến
Mục sở thị quá trình xây dựng “cây cầu sống” của đàn kiến

(Dân trí) - Bạn sẽ hiểu được phần nào khả năng làm việc nhóm tuyệt vời của kiến, khi được tận mắt chứng kiến loài côn trùng nhỏ bé này tự xây dựng một cây cầu để vượt qua chướng ngại vật, trong video dưới đây!

Thứ tư, 30/05/2018 - 05:44

Phôi khác thai, trẻ em không là người thu nhỏ
Phôi khác thai, trẻ em không là người thu nhỏ

(Dân trí) - Sự phát triển thể chất, tinh thần của con người trải qua nhiều giai đoạn: hợp tử - phôi – thai - sơ sinh - nhũ nhi - trẻ nhỏ - thiếu nhi - thanh niên - trưởng thành. Và mỗi giai đoạn đều có những đặc thù về cấu tạo, chức năng khác nhau nên cần có chế độ dinh dưỡng, chăm sóc riêng, phù hợp...

Thứ ba, 29/05/2018 - 07:04

Kinh hoàng cảnh trâu rừng húc bay sư tử con để giải cứu kỳ đà
Kinh hoàng cảnh trâu rừng húc bay sư tử con để giải cứu kỳ đà

(Dân trí) - Những chú sư tử con dường như đang được “tập huấn” về kỹ năng săn mồi khi chúng tóm được một con kỳ đà. Tuy nhiên, sư tử con đã vô cùng đen đủi khi một con trâu rừng ở gần đó bất ngờ chạy đến húc tung nó lên trên trời. Kết quả, kỳ đà được giải thoát còn những chú sư tử con thì khiếp sợ bỏ chạy thoát thân.

Thứ ba, 29/05/2018 - 06:56

Phát hiện hơn 20 hình vẽ khổng lồ thần bí trên sa mạc Peru
Phát hiện hơn 20 hình vẽ khổng lồ thần bí trên sa mạc Peru

Ngày 28/5, giới chức văn hóa Peru thông báo bằng cách sử dụng máy bay không người lái, các nhà khảo cổ mới đây đã phát hiện hơn 25 hình vẽ khổng lồ (geoglyphs) khắc trên một dải sa mạc ven biển thuộc vùng Palpa, miền nam Peru.

Thứ ba, 29/05/2018 - 06:28

Chuyên gia lo ngại về thông điệp NASA gửi người ngoài hành tinh
Chuyên gia lo ngại về thông điệp NASA gửi người ngoài hành tinh

Chiếc đĩa vàng giới thiệu về nhân loại được NASA gửi vào vũ trụ trên tàu Voyager 1 và 2 có thể gây nhầm lẫn cho người ngoài hành tinh, các nhà nghiên cứu cảnh báo.

Thứ ba, 29/05/2018 - 01:58

Đốm nhỏ màu vàng trong mắt  là chỉ dấu đáng quan tâm
Đốm nhỏ màu vàng trong mắt là chỉ dấu đáng quan tâm

(Dân trí) - Nghiên cứu mới chỉ ra rằng các đốm nhỏ màu vàng trong mắt có thể là dấu hiệu sớm của bệnh sa sút trí tuệ.

Thứ ba, 29/05/2018 - 10:55

Tại sao trẻ em dưới 12 tháng tuổi không nên ăn mật ong?
Tại sao trẻ em dưới 12 tháng tuổi không nên ăn mật ong?

(Dân trí) - Mật ong là một thứ quà tuyệt vời của tự nhiên và giàu chất dinh dưỡng. Tuy nhiên, không nên cho trẻ em dưới một tuổi sử dụng mật ong vì các nội bào tử của vi khuẩn botulinum có trong mật ong có thể khiến trẻ em bị ngộ độc botulinum (ngộ độc thịt).

Thứ ba, 29/05/2018 - 10:44

Lần đầu tiên tìm thấy con bọ ve quấn mạng nhện trong mảnh hổ phách
Lần đầu tiên tìm thấy con bọ ve quấn mạng nhện trong mảnh hổ phách

(Dân trí) - Khoảng 99 triệu năm trước một con bọ chét xấu số phải hứng chịu hàng loạt rủi ro liên tiếp.

Thứ ba, 29/05/2018 - 06:47

Điều gì mang lại hạnh phúc cho cá heo?
Điều gì mang lại hạnh phúc cho cá heo?

(Dân trí) - Giới khoa học nói rằng hầu hết các loài động vật đều có khả năng trải nghiệm hạnh phúc và thất vọng. Gần đây, các nhà khoa học Pháp đã chứng minh điều này về hành vi của cá heo.

Thứ ba, 29/05/2018 - 06:42

ĐÁNG QUAN TÂM
Thử sức với bài kiểm tra nhanh kiến thức khoa học tổng hợp (Kỳ 7)
Thử sức với bài kiểm tra nhanh kiến thức khoa học tổng hợp (Kỳ 7)

(Dân trí) - Bộ câu hỏi vui dưới đây sẽ giúp bạn có thể trau dồi trình độ hiểu biết về lĩnh vực khoa học của bản thân, theo cách hoàn toàn chủ động. Với phương pháp này, kiến thức mới sẽ dễ dàng được nạp vào bộ não cũng như tồn tại lâu hơn trong trí nhớ của chúng ta!

Thứ ba, 29/05/2018 - 06:11

Bác sĩ đạt giải thưởng công nghệ ứng dụng trong y tế
Bác sĩ đạt giải thưởng công nghệ ứng dụng trong y tế

(Dân trí) - Nhờ phần mềm được ứng dụng đã góp phần đưa công nghệ thông tin Y tế Đắk Lắk vào Top 5 toàn quốc về công tác liên thông dữ liệu giám định thanh toán BHYT và được Chính phủ khen tặng trong năm 2017 và đứng Top 2 toàn quốc về chỉ số sẵn sàng ứng dụng công nghệ thông tin.

Thứ hai, 28/05/2018 - 04:39

Người ngoài hành tinh từng thăm Ấn Độ cách đây 10.000 năm?
Người ngoài hành tinh từng thăm Ấn Độ cách đây 10.000 năm?

Các nhà khoa học phát hiện nhiều bức tranh hang động tại Ấn Độ vẽ người ngoài hành tinh và UFO từ cách đây 10.000 năm.

Thứ hai, 28/05/2018 - 04:34

Màn cứu bạn khỏi bị chết đuối của chú chó thông minh khiến nhiều người thán phục
Màn cứu bạn khỏi bị chết đuối của chú chó thông minh khiến nhiều người thán phục

(Dân trí) - Đoạn clip ghi lại khoảnh khắc một chú chó lao xuống để bơi để cứu bạn mình khỏi bị chết đuối khiến nhiều người xem không khỏi thán phục vì sự dũng cảm và nhanh trí của chú chó.

Thứ hai, 28/05/2018 - 04:21

Khoai lang và khoai tây: Loại nào tốt hơn?
Khoai lang và khoai tây: Loại nào tốt hơn?

(Dân trí) - Khoai là một trong những loại thực phẩm phổ biến nhất mà bạn có thể tìm thấy ở bất kỳ nơi nào trên thế giới. Chúng là những nguồn chất xơ và chất dinh dưỡng hiệu quả.

Thứ hai, 28/05/2018 - 08:32

Cả trong bóng râm, nội thất xe hơi có thể trở nên nóng chết người
Cả trong bóng râm, nội thất xe hơi có thể trở nên nóng chết người

(Dân trí) - Đừng nghĩ một chỗ đỗ xe râm mát có thể cứu một đứa trẻ bị bỏ quên trên ghế sau vào một ngày nóng nực. Dù đỗ xe ở chỗ râm, nhiệt độ trong xe cũng sẽ tăng lên, dù chậm hơn so với khi đỗ ở chỗ nắng.

Thứ hai, 28/05/2018 - 08:22

Xem sư tử “bày binh bố trận” hạ gục trâu rừng
Xem sư tử “bày binh bố trận” hạ gục trâu rừng

(Dân trí) - Trâu rừng điên cuồng tấn công một con sư tử đực khi phát hiện ra kẻ thủ này định tấn công mình. Trước sự quyết liệt của trâu rừng, sư tử buộc phải bỏ chạy nhưng sau đó thế trận đã thay đổi khi có sự xuất hiện của hai con sư tử đực khác.

Thứ hai, 28/05/2018 - 07:42

Sẽ nguy hiểm nếu các thành viên gia đình ngồi ở các vị trí khác nhau trên máy bay?
Sẽ nguy hiểm nếu các thành viên gia đình ngồi ở các vị trí khác nhau trên máy bay?

(Dân trí) - Vị trí riêng biệt cho các gia đình có thể gây ra mối đe dọa đến sự an toàn của tất cả các hành khách, theo The Telegraph.

Thứ hai, 28/05/2018 - 06:45

Sinh vật giống sói bị bắn gần nông trại Montana khiến chuyên gia bối rối
Sinh vật giống sói bị bắn gần nông trại Montana khiến chuyên gia bối rối

(Dân trí) - Các chuyên gia động vật hoang dã Mỹ đang gặp bế tắc với một con vật giống sói bị một nông dân Montana giết chết.

Chủ nhật, 27/05/2018 - 03:33

Cụ bà mang thai đứa con thứ 8 ở tuổi 70
Cụ bà mang thai đứa con thứ 8 ở tuổi 70

Cụ bà Maria de la Luz người Mexico đã khiến các bác sĩ vô cùng bất ngờ khi đang mang thai tháng thứ 6 ở độ tuổi 70.

Chủ nhật, 27/05/2018 - 07:43

Cảm biến tiêu hóa giúp chẩn đoán bệnh dạ dày
Cảm biến tiêu hóa giúp chẩn đoán bệnh dạ dày

(Dân trí) - Các nhà nghiên cứu Viện Công nghệ Massachusettes (MIT) đã phát triển một loại cảm biến tiêu hóa chứa vi khuẩn biến đổi gien có thể hỗ trợ chẩn đoán xuất huyết dạ dày hoặc các rối loạn dạ dày ruột khác.

Chủ nhật, 27/05/2018 - 06:56

Tổ tiên của loài chim sống sót qua thiên thạch rơi như nào?
Tổ tiên của loài chim sống sót qua thiên thạch rơi như nào?

(Dân trí) - Tổ tiên của các loài chim hiện đại có lẽ đã sống sót qua vụ rơi thiên thạch quét sạch họ hàng còn lại của chúng bằng cách sống trên thảm rừng.

Chủ nhật, 27/05/2018 - 06:52