Phải chăng Vũ trụ là một siêu thấu kính khổng lồ?

Một nhà khoa học ở Mĩ đang cho rằng chân không phải hành xử giống như một siêu chất liệu ở những từ trường cao. Những từ trường như thế có khả năng có mặt trong vũ trụ sơ khai, và do đó ông đề xuất rằng người ta có thể kiểm tra dự đoán trên bằng cách quan sát bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB) – một tàn dư của vũ trụ sơ khai có thể quan sát thấy ngày nay.

Một trong những dự đoán kì lạ nhất trong năm 2011 thuộc lĩnh vực vật lí là đề xuất của Maxim Chernodub thuộc Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp rằng, ở những từ trường hết sức cao, các trạng thái siêu dẫn có thể xuất hiện từ chân không. Dự đoán này đặc biệt hấp dẫn vì một trong những khó khăn chính mà các nhà nghiên cứu sự siêu dẫn truyền thống đang đối mặt là ngăn không cho các trạng thái siêu dẫn biến mất trong sự có mặt của những từ trường thậm chí là trung bình thôi.

Bản đồ toàn bầu trời của phông nền vi sóng vũ trụ do sứ mệnh vũ trụ Planck của ESA thực hiện. Ảnh: ESA

Món súp quark và phản quark

Hồi tháng 4, Chernodub cho rằng một từ trường cực cao sẽ làm cho chân không siêu dẫn dọc theo trục của trường – với chân không còn lại cách điện theo hướng vuông góc với trường. Dự đoán này dựa trên sắc động lực học lượng tử (QCD), lí thuyết mô tả sự tương tác giữa các quark và gluon. QCD xem chân không không phải là không gian trống rỗng mà là một món súp sôi sùng sục gồm các quark và phản quark không ngừng sinh ra và hủy mất. Một quark up (lên) có thể kết hợp với một phản quark down (xuống) tạo ra một meson rho.

Những meson rho này thường không bền nên chúng biến mất hầu như ngay tức thì; nhưng Chernodub tính được, ở những cường độ trường lớn hơn 10¹⁶ T, các meson đó sẽ trở nên không có khối lượng và do đó là bền. Theo ông, như vậy sẽ dẫn tới một trạng thái siêu dẫn. Tuy nhiên, sẽ không thể kiểm tra dự đoán này trong phòng thí nghiệm hiện nay vì các nhà khoa học trên Trái đất có những trở ngại thật sự trong việc tạo ra những từ trường mạnh hơn 100 T.

Nay Igor Smolyaninov thuộc trường Đại học Maryland ở Mĩ vừa dựa trên nghiên cứu của Chernodub chứng minh rằng những đường sức từ song song nhau trong một chân không sẽ tự sắp xếp để tạo ra một mạng hình tam giác trong mặt phẳng vuông góc với từ trường – giống hệt như mạng Abrikosov trong một chất siêu dẫn. Chân không nằm gần mỗi đường sức từ sẽ là một chất siêu dẫn, trong khi những vùng nằm giữa các đường sức sẽ là chất cách điện.

Những tính chất kì quái

Sự sắp xếp này rất quen thuộc với cấu hình của những siêu chất liệu nhân tạo nhất định chế ra từ những mạng chứa những vùng chất liệu dẫn điện và cách điện. Smolyaninos đã chứng minh rằng mạng cảm ứng từ này sẽ đóng vai trò như một siêu chất liệu hyperbol. Những siêu chất liệu như thế có tính chất quang kì lạ, phản trực giác là có chiết suất âm và đã được sử dụng để tạo ra những siêu thấu kính có khả năng phân giải những chi tiết nhỏ hơn giới hạn nhiễu xạ vốn gây khó khăn đối với thấu kính thông thường.

Trong khi các nhà vật lí chưa thể tiếp cận những từ trường đủ mạnh để kiểm tra lí thuyết của Smolyaninov, thì từ trường trong vũ trụ trong phần nhỏ đầu tiên của một giây sau Big Bang có thể đủ mạnh để gây ra trạng thái siêu dẫn của Chernodub. Vì thế, vũ trụ xét trên tổng thể có thể hành xử giống như một siêu thấu kính siêu chất liệu khổng lồ - theo phân tích của Smolyaninov. Mặc dù ông chưa nêu ra được một dự đoán dứt khoát, có thể kiểm tra được, nhưng Smolyaninov đề xuất rằng người ta hoàn toàn có thể kiểm tra quan điểm siêu chất liệu – và, bằng cách suy luận, quan điểm chung của sự siêu dẫn chân không – bằng cách tìm kiếm những dấu hiệu của hiệu ứng thấu kính này trên cấu trúc ngày nay của vũ trụ, và nhất là trên CMB.

“Nằm ngay trước mũi”

Chernodub nhấn mạnh và lí giải rằng trong khi tiếp tục nghiên cứu về sự siêu dẫn chân không, ông còn đang nghĩ tới những siêu chất liệu trong ngành vật lí năng lượng cao mà chưa từng liên kết hai khái niệm đó với nhau. “Khi Smolyaninov bước tới và nói ‘Này, anh có biết chất siêu dẫn của anh là một siêu chất liệu hoàn hảo hay không’,” ông cười. “Cứ như thể tôi đang tìm kiếm một đồng xu và ông ta chỉ ra rằng nó đang nằm ngay trước mũi tôi vậy”.

Nhà vũ trụ học Andrew Jaffe ở trường Imperial College London thì hoài nghi khoảng cách kiểm tra quan điểm trên sử dụng bằng chứng từ vũ trụ sơ khai. “Tôi nghĩ có một điểm mấu chốt ở đây, đó là phần nhiều ý tưởng tạo ra những từ trường rất mạnh sẽ xảy ra khi vũ trụ là nhỏ so với bán kính của meson rho. Vì vậy, tôi không chắc những tính toán của Smolyaninov có áp dụng được hay không. Vào lúc chúng áp dụng được, tôi nghi ngờ rằng độ lớn của trường sẽ quá nhỏ để có hiệu ứng phân cực chân không như thế.”

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Physical Review Letters.

Hoài Ân – thuvienvatly.com
Theo physicsworld.com

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

Thêm ý kiến của bạn