Các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã được cho là đã thành công trong việc tạo ra một chiếc đồng hồ quang học với độ ổn định cao, chỉ có độ lệch dưới 5 phần tỷ tỷ. Chiếc đồng hồ siêu chính xác này được dự đoán sẽ chỉ lệch một giây sau 7,2 tỷ năm tới.
Đồng hồ quang học đóng một vai trò quan trọng trong tương lai đang hình thành như hiện nay. Các nhà khoa học tự tin rằng họ có thể nâng cao độ chính xác của hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và phân phối khóa lượng tử bằng đồng hồ quang học. Ngoài ra, chúng cũng cải thiện tính đồng bộ và hiệu quả của lưới điện, thậm chí đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực an ninh và quốc phòng.
Một giây được định nghĩa là thời gian mà kim dài trên đồng hồ di chuyển qua một vòng tròn. Hiện nay, khoa học sử dụng đồng hồ đài phun vi sóng để xác định giây. Đồng hồ này hoạt động bằng cách giải phóng các nguyên tử Caesium lên trên và chúng sẽ rơi ngược về phía Trái đất do tác động của trọng lực, tương tự như nước chảy trong đài phun nước. Sau đó, các nguyên tử sẽ được kích thích bằng các xung vi sóng, gây ra sự hấp thụ electron và phát ra các hạt ánh sáng, đồng thời chuyển sang các mức năng lượng khác nhau.
Mỗi chu kỳ như vậy là một khoảnh khắc nhỏ chiếm một phần nhỏ của giây, cho phép các nhà khoa học duy trì thời gian chính xác đến vài phần triệu tỷ. Tuy nhiên, độ chính xác của đồng hồ như vậy phụ thuộc vào tần số vi sóng. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại đồng hồ quang học thay thế lò vi sóng bằng ánh sáng laser. Dự kiến điều này sẽ cải thiện hiệu suất gấp đôi so với đồng hồ sử dụng vi sóng.
Có ít nhất ba phòng thí nghiệm đã đạt được mức ổn định dưới 5 phần tỷ tỷ và độ không đảm bảo dưới 2 phần tỷ tỷ để sử dụng đồng hồ kỹ thuật số quang học. Dưới sự chỉ dẫn của Pan Jianwei, nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã sử dụng strontium để tạo ra đồng hồ quang học.
Trong quá trình nghiên cứu, nhóm của Pan đã làm lạnh các nguyên tử strontium xuống nhiệt độ chỉ vài micro-Kelvin. Sau đó, họ đã giữ chúng trong một mạng lưới một chiều được tạo ra bằng cách sử dụng các chùm tia laser giao nhau. Tiếp theo, nhóm đã sử dụng tia laser siêu ổn định để kích hoạt các nguyên tử và đạt được sự chuyển đổi đồng hồ với độ ổn định và độ chính xác cao.
So sánh với các đồng hồ độc lập khác, đồng hồ quang học cho thấy sự ổn định ở mức 2,2 phần tỷ tỷ và độ lệch là 4,4 phần tỷ tỷ. Trong một bài báo trên tạp chí Metrologia, các nhà nghiên cứu đã cho biết rằng đồng hồ quang học của họ sẽ tăng hoặc giảm một giây sau 7,2 tỷ năm.
Theo Pan Jianwei, nghiên cứu này đã mở ra những phương pháp mới để kiểm tra các lý thuyết cơ bản trong vật lý và tìm kiếm sóng hấp dẫn và vật chất tối.
Hiện nay, kỷ lục đồng hồ quang học strontium chính xác nhất đang được giữ bởi Đại học Colorado ở Boulder. Một đối thủ từ Trung Quốc cũng đã chứng minh được độ chính xác và sự ổn định cao hơn. Ngoài ra, còn có các nhóm nghiên cứu đáng chú ý khác đến từ Nhật Bản, Mỹ và Đức tham gia vào cuộc đua này.
