Trong thế giới hiện đại, nơi mà chỉ một phần nghìn giây cũng có thể tạo ra sự khác biệt giữa thành công và thất bại, việc đo lường thời gian với độ chính xác tuyệt đối đang trở thành nhu cầu thiết yếu. Mới đây, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ (NIST) đã công bố một chiếc đồng hồ nguyên tử mang tên NIST F4, được đánh giá là một trong những đồng hồ chính xác nhất từng được chế tạo. Thiết bị này có độ sai lệch cực kỳ nhỏ, chỉ khoảng 2,2 x 10⁻¹⁶, tương đương với việc lệch chưa đến một giây sau hơn 100 triệu năm hoạt động liên tục.

Phát minh ra đồng hồ nguyên tử siêu chính xác, 100 triệu năm mới lệch một giây
Đồng hồ nguyên tử NIST F4

Đồng hồ NIST F4 hoạt động dựa trên công nghệ đài phun nguyên tử cesium. Hàng nghìn nguyên tử cesium được làm lạnh gần đến độ không tuyệt đối nhờ các chùm tia laser. Sau đó, các nguyên tử này bị phun lên trên không trung và rơi xuống dưới tác động của trọng lực, trong khi đi qua một chùm vi sóng có tần số chính xác. Vi sóng này được tinh chỉnh để làm các nguyên tử dao động ở tần số lý tưởng là 9.192.631.770 lần mỗi giây, chính là định nghĩa quốc tế cho một giây. Chính sự dao động này là nền tảng cho việc đo lường thời gian, giúp đảm bảo tính chuẩn xác tuyệt đối.

Điều khiến NIST F4 trở nên quan trọng không chỉ nằm ở độ chính xác vượt trội mà còn ở vai trò của nó trong việc xác định và hiệu chỉnh Giờ Phối hợp Quốc tế (UTC). Thiết bị sẽ trở thành một trong những đồng hồ tham chiếu trong mạng lưới hơn 450 đồng hồ trên toàn cầu, dữ liệu từ đó sẽ được gửi đến Văn phòng Cân đo Quốc tế để điều chỉnh thời gian chuẩn. Với khả năng gần như không sai lệch theo thời gian, NIST F4 có tiềm năng đóng vai trò nền tảng trong hàng loạt ứng dụng như hệ thống định vị toàn cầu GPS, các mạng viễn thông tốc độ cao, các giao dịch tài chính điện tử cần độ chính xác tuyệt đối và nhiều lĩnh vực công nghệ khác.

Dù NIST F4 là bước tiến lớn, các nhà khoa học vẫn không ngừng đẩy xa giới hạn của sự chính xác. Các đồng hồ nguyên tử quang học thế hệ mới sử dụng nguyên tử strontium đã đạt mức lệch chỉ một giây sau khoảng 39 tỷ năm, gần gấp 300 lần độ chính xác của NIST F4. Tuy nhiên, vì tiêu chuẩn quốc tế về đo thời gian vẫn dựa trên cesium nên NIST F4 tiếp tục giữ vai trò chủ đạo trong hệ thống thời gian toàn cầu.