Vũ Nguyễn
Writer
Các nhà khoa học hiện có một cách tiếp cận mới để nghiên cứu các hiện tượng lượng tử chưa từng thấy trước đây. Các nhà vật lý từ Viện Công nghệ Massachusetts đã tạo ra những hình ảnh đầu tiên về các nguyên tử tương tác tự do trong không gian, cho thấy mối tương quan đã được dự đoán trong lý thuyết nhưng chưa bao giờ được chụp ảnh trực tiếp trước đây.
Kính hiển vi phân giải nguyên tử của nhóm được thực hiện theo cách này. Các nguyên tử được phép di chuyển và tương tác tự do. Sau đó, các nhà nghiên cứu bật một mạng lưới làm bằng ánh sáng, trong một phần giây, đóng băng các nguyên tử. Đồng thời, một hệ thống laser khác chiếu sáng các nguyên tử, tạo ra một bức ảnh trước khi các nguyên tử được phép di chuyển trở lại.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng hai loại khí nguyên tử, một loại được tạo thành từ các nguyên tử natri và loại còn lại được tạo thành từ các nguyên tử liti. Hai loại khí này hoạt động theo những cách khác nhau. Natri sẽ hoạt động như một boson, nghĩa là các hạt có thể kết thúc ở cùng một trạng thái lượng tử và hoạt động như một sóng lượng tử duy nhất. Liti là một loại khí fermion, nghĩa là chỉ một nguyên tử tại một thời điểm có thể ở trạng thái lượng tử cụ thể. Điều này dẫn đến sự kết hợp của các nguyên tử này, giống như các electron trong chất siêu dẫn.
Giáo sư Martin Zwierlein, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết trong một tuyên bố : "Chúng ta có thể nhìn thấy từng nguyên tử riêng lẻ trong những đám mây nguyên tử thú vị này và cách chúng liên quan đến nhau, điều này thật tuyệt vời" .
Nhóm nghiên cứu đã có thể theo dõi trực tiếp sóng lượng tử boson, được sử dụng để giải thích bản chất giống sóng của các trạng thái vật chất, chẳng hạn như ngưng tụ Bose-Einstein. Đồng thời, việc nhìn thấy các hành vi được dự đoán trong fermion (chẳng hạn như cặp) mà trước đây chưa từng được nhìn thấy trực tiếp giống như một cuộc cách mạng trong các nghiên cứu về thế giới lượng tử.
“Kiểu ghép nối này là cơ sở của một cấu trúc toán học mà mọi người đưa ra để giải thích các thí nghiệm. Nhưng khi bạn nhìn thấy những bức ảnh như thế này, nó đang hiển thị trong một bức ảnh, một vật thể được phát hiện trong thế giới toán học,” trợ lý giáo sư đồng tác giả nghiên cứu Richard Fletcher nói thêm. “Vì vậy, đây là một lời nhắc nhở rất hay rằng vật lý là về những thứ vật lý. Nó là có thật.”
Tiếp theo, nhóm sẽ xem xét các hiện tượng kỳ lạ hơn như vật lý lượng tử Hall. Những hiện tượng này ít được hiểu biết hơn nhiều và các quan sát trực tiếp các nguyên tử trong điều kiện tương tự có thể cho chúng ta biết các hạt cơ bản thực sự làm gì trong những trường hợp đó.
Nhóm nghiên cứu có sự đồng sáng tác của các nhà nghiên cứu sau đại học Ruixiao Yao, Sungjae Chi và Mingxuan Wang.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Physical Review Letters . Ấn bản tương tự cũng giới thiệu các kỹ thuật tương tự của các nhóm độc lập.
