Tạo ra ánh sáng từ chân không

Các nhà vật lí tại trường Đại học Công nghệ Chalmers vừa thành công trong việc tạo ra ánh sáng từ chân không – quan sát một hiệu ứng lần đầu tiên được dự đoán hồi 40 năm trước. Các kết quả trên được công bố trên tạp chí Nature. Trong một thí nghiệm mới lạ, các nhà khoa học đã bắt dính thành công một số photon liên tục xuất hiện và biến mất trong chân không.

Thí nghiệm trên xây dựng trên một trong những nguyên lí phản trực giác nhất, nhưng là một trong những nguyên lí quan trọng nhất trong cơ học lượng tử: chân không không phải là không có gì. Thật vậy, chân không tràn ngập nhiều loại hạt liên tục thăng giáng, lúc có lúc không. Chúng xuất hiện, tồn tại trong một khoảnh khắc ngắn ngủi và rồi biến mất trở lại. Vì sự tồn tại của chúng quá mong manh, nên chúng thường được xem là những hạt ảo.

Nhà khoa học Chalmers, Christopher Wilson, và các cộng sự của ông đã thành công trong việc làm cho các photon rời khỏi trạng thái ảo của chúng và trở thành những photon thực,tức là ánh sáng có thể đo được. Nhà vật lí Moore đã dự đoán hồi năm 1970 rằng hiện tượng này sẽ xảy ra nếu các photon ảo được phép phản xạ trên một cái gương chuyển động ở một tốc độ cao ngang ngửa với tốc độ ánh sáng. Hiện tượng trên, gọi là hiệu ứng Casimir động, nay đã được quan sát thấy lần đầu tiên trong một thí nghiệm xuất sắc do các nhà khoa học Chalmers tiến hành.

“Vì không thể làm cho một cái gương chuyển động đủ nhanh, nên chúng tôi đã phát triển một phương pháp khác thu được hiệu ứng giống như vậy”, Per Delsing, giáo sư vật lí thực nghiệm tại trường Chalmers giải thích. “Thay vì cho khoảng cách vật lí đến gương biến thiên, chúng tôi thay đổi khoảng cách điện cho một mạch điện tác dụng như một cái gương vi sóng.

“Cái gương” gồm một linh kiện điện tử lượng tử gọi là SQUID (dụng cụ giao thoa lượng tử siêu dẫn), nó cực kì nhạy với từ trường. Bằng cách cho hướng của từ trường thay đổi vài tỉ lần trong một giây, các nhà khoa học đã có thể làm cho “cái gương” đó dao động ở tốc độ lên tới 25% tốc độ ánh sáng.

“Kết quả là các photon xuất hiện thành cặp từ chân không, cái chúng tôi có thể đo được dưới dạng bức xạ vi sóng”, Der Delsing giải thích. “Chúng tôi còn có thể xác lập rằng bức xạ đó có tính chất giống hệt như lí thuyết lượng tử cho biết khi các photon xuất hiện thành cặp theo kiểu này”.

Cái xảy ra trong thí nghiệm trên là “cái gương” truyền một phần động năng của nó cho các photon ảo, giúp chúng vật chất hóa. Theo cơ học lượng tử, có nhiều loại hạt ảo trong chân không, như đã nói. Göran Johansson, một vị phó giáo sư vật lí lí thuyết, giải thích rằng nguyên do các photon xuất hiện trong thí nghiệm trên là vì chúng thiếu khối lượng.

Tạo ra ánh sáng từ chân không
 

Trong thí nghiệm của các nhà khoa học Chalmers, các photon ảo phản xạ khỏi một “cái gương” dao động ở một tốc độ cao ngang ngửa với tốc độ ánh sáng. Cái gương tròn trong ảnh là tượng trưng thôi, và nó là một linh kiện điện tử lượng tử (gọi là SQUID) tác dụng như một cái gương. Cái gương này làm cho các photon thực xuất hiện (thành cặp) trong chân không. Ảnh: Philip Krantz, Chalmers

“Vì thế đòi hỏi tương đối ít năng lượng để kích thích chúng ra khỏi trạng thái ảo của chúng. Trên nguyên tắc, người ta còn có thể tạo ra những hạt khác từ chân không, ví dụ như electron hay proton, nhưng như thế sẽ đòi hỏi rất nhiều năng lượng.”

Các nhà khoa học nhận thấy các photon xuất hiện thành cặp trong thí nghiệm trên thật có sức hấp dẫn để tiếp tục nghiên cứu chi tiết hơn. Có lẽ, họ có thể sử dụng chúng trong lĩnh vực nghiên cứu thông tin lượng tử, lĩnh vực liên quan đến sự phát triển máy vi tính lượng tử.

Tuy nhiên, giá trị chính của thí nghiệm trên là nó làm tăng thêm sự hiểu biết của chúng ta về những khái niệm vật lí cơ bản, như các thăng giáng lượng tử - sự xuất hiện và biến mất liên tục của những hạt ảo trong chân không. Người ta tin rằng các thăng giáng chân không có thể có liên quan với “năng lượng tối” chi phối sự giãn nở tăng tốc của vũ trụ. Việc khám phá ra sự tăng tốc này đã được trao giải Nobel Vật lí của năm nay.

Tham khảo: "Observation of the dynamical Casimir effect in a superconducting circuit" C. M. Wilson, G. Johansson, A. Pourkabirian, M. Simoen, J. R. Johansson, T. Duty, F. Nori, & P. Delsing, Nature 479, 376–379 (17 November 2011), doi:10.1038/nature10561

Nguồn: Đại học Công nghệ Chalmers

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
MobiPro

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Lần đầu tiên ‘nói chuyện’ được với một nguyên tử
18/09/2014
Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Kĩ thuật Chalmers ở Thụy Điển là những người đầu tiên thành công trong việc sử
Bằng chứng đầu tiên cho các đám mây nước đóng băng ngoài hệ mặt trời
12/09/2014
Bằng chứng đầu tiên cho những đám mây nước đóng băng trên một vật thể nằm ngoài hệ mặt trời của chúng ta. Đó là một
Tạo ra con quỷ của Maxwell bởi electron độc thân
12/09/2014
Con quỷ của Maxwell là một trong những thí nghiệm tưởng tượng nổi tiếng nhất trong vật lí học. Ở dạng thức truyền thống
Cơ sở vật lí - Phần 2
09/09/2014
1 – 2 THỜI GIAN Mục tiêu Sau khi học module này, bạn phải có thể... 1.01  Đổi các đơn vị đo thời gian bằng cách sử
Hóa Lí căn bản - Phần 18
09/09/2014
Tính bán kính của các quỹ đạo Xét một electron điện tích e quay xung quanh một hạt nhân điện tích Ze, trong đó Z là số nguyên
Nguyên tố Titanium
08/09/2014
Số nguyên tử: 22 Kí hiệu nguyên tố: Ti Trọng lượng nguyên tử: 47,867 Màu sắc: bạc Pha: rắn Phân loại: kim loại chuyển tiếp
Vì sao E = mc2? - Phần 17
06/09/2014
CHƯƠNG 4 KHÔNG-THỜI GIAN Trong các chương trước, ta đã dõi theo con đường lịch sử đưa đến thuyết tương đối, và thực tế
Cơ sở vật lí - Phần 1
05/09/2014
C H Ư Ơ N G 1   Đo lường 1 – 1 ĐO LƯỜNG, ĐO ĐỘ DÀI Mục tiêu Sau khi học module này, bạn phải có

Liên kết hữu ích

Diễn Đàn Vật Lý | Phương pháp dạy & học | Tin Tức Vật Lý | Giáo án điện tử  | Văn phòng phẩm giá rẻ 

Vui Lòng Đợi

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com