Lần đầu tiên làm lạnh laser các phân tử ba nguyên tử

Lần đầu tiên các phân tử gồm ba nguyên tử đã được làm lạnh xuống nhiệt độ cực lạnh bằng kĩ thuật laser. Thành tựu đạt được bởi John Doyle và các đồng sự tại Đại học Harvard ở Mĩ. Họ sử dụng một kĩ thuật gọi là làm lạnh Sisyphus để hạ nhiệt độ của một tập hợp gồm khoảng một triệu phân tử strontium-monohydroxide đến khoảng 750 μK. Đội nghiên cứu cho biết công trình trên mở đường cho nhiều ứng dụng đa dạng, ví dụ như mô phỏng lượng tử và đo lường chính xác.

Được phát triển đầu tiên vào cuối thập niên 1970, kĩ thuật dùng laser làm lạnh các chất khí nguyên tử xuống nhiệt độ cực lạnh đã làm cách mạng hóa lĩnh vực nghiên cứu các trạng thái lượng tử của vật chất. Những cột mốc quan trọng bao gồm sự tạo thành ngưng tụ Bose-Einstein lần đầu tiên trong phòng thí nghiệm năm 1995 và ngưng tụ Fermi-Dirac đầu tiên năm 2003. Các kĩ thuật này dựa trên thực tế các photon có mang xung lượng nhỏ và – dưới những điều kiện nhất định – sự hấp thụ và tái phát xạ photon của một nguyên tử có thể làm giảm chuyển động ngẫu nhiên của nó, do đó làm hạ nhiệt độ của nó.

Ảnh chụp các phân tử strontium-monohydroxide

Ảnh chụp các phân tử strontium-monohydroxide trong quá trình làm lạnh. Đốm màu đỏ có kích cỡ khoảng 4 mm và có mật độ phân tử cao nhất. (Ảnh: Ivan Kozyryev et al / Phys. Rev. Lett.)

Các mức tự do

Làm lạnh phân tử bằng laser thì phức tạp, bởi mức độ tự do quay và dao động của chúng ảnh hưởng đến cách chúng hấp thụ và phát xạ photon. Sự hấp thụ và phát xạ photon có thể đưa các phân tử vào “trạng thái tối” không còn tham gia vào quá trình làm lạnh. Tuy nhiên, bất chấp khó khăn này và những thách thức khác, David DeMille và các đồng sự tại Đại học Yale đã thành công trong việc làm lạnh bằng laser một tập hợp phân tử lưỡng nguyên tử strontium-fluoride hồi năm 2014.

Trong công trình mới nhất này, John Doyle và các đồng sự tại Harvard làm lạnh các phân tử ba nguyên tử strontium monohydroxide bằng một phương pháp mang tên người anh hùng thần thoại Hi Lạp Sisyphus, ông bị phạt phải làm một công việc vô nghĩa là đẩy một tảng đá lên đồi, chỉ để nhìn nó lăn xuống. Phương pháp làm lạnh Sisyphus cho các phân tử mất động năng bằng cách ép chúng “leo” lên đồi thế năng do một sóng dừng ánh sáng laser gây ra.

Các nguyên tử lên tới “đỉnh” khi chúng tự phát chuyển sang một trạng thái không còn tương tác với ánh sáng nữa. Tại điểm này, một từ trường ngoài tác dụng đưa các nguyên tử trở lại trạng thái ban đầu – sẵn sàng leo đồi lần nữa. Quá trình lặp lại nhiều lần, với mỗi chu kì làm giảm động năng của các nguyên tử đi một ít – và do đó, chuyển động ngẫu nhiên và nhiệt độ cũng giảm.

Làm lạnh nhanh

Chìa khóa thành công của đội Doyle là quá trình làm lạnh thu được rất nhanh – trong 100 μs – và chỉ liên quan khoảng 200 photon tương tác với mỗi phân tử. Tốc độ này là quan trọng vì như thế các phân tử ít có khả năng bị đưa vào trạng thái tối trước khi quá trình làm lạnh hoàn tất.

Viết trên tạp chí Physical Review Letters, Doyle và các đồng sự cho biết kĩ thuật của họ cũng có thể dùng để làm lạnh các phân tử đa nguyên tử gốc strontium phức tạp hơn và lớn hơn – chẳng hạn thay hydroxide bằng một nhóm methyl. Nếu kĩ thuật trên có thể mở rộng thêm cho việc làm lạnh phân tử, thì nó cũng có thể dùng để nghiên cứu nguyên nhân vì sao một số quá trình sinh học thiên về các phân tử thuận hoặc các phân tử nghịch.

Nguồn: 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
Tin tức vật lý
Downlaod video thí nghiệm

Các bài khác


Giải đáp nhanh những câu hỏi lớn – Stephen Hawking (Phần cuối)
15/01/2019
LỜI BẠT Lucy Hawking Dưới bầu trời xám xịt lạnh lẽo của ngày xuân Cambridge, chúng tôi ngồi trong đoàn xe tang hướng về
Giải đáp nhanh những câu hỏi lớn – Stephen Hawking (Phần 23)
15/01/2019
CHƯƠNG 10 LÀM THẾ NÀO CHÚNG TA ĐỊNH HÌNH TƯƠNG LAI? Một thế kỉ trước, Albert Einstein đã cách mạng hóa nhận thức của chúng
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 30)
13/01/2019
Lực yếu Lực yếu có tên gọi như thể không phải vì nó vốn dĩ yếu, mà do tầm tác dụng hết sức ngắn của nó. Ở những
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 29)
13/01/2019
Lực điện từ Ngoài lực hấp dẫn, lực điện từ là lực chúng ta trải nghiệm nhiều nhất trong cuộc sống hằng ngày. Cho dù
Lục quang tuyến: Hiện tượng thiên nhiên đẹp và may mắn
11/01/2019
Lục quang tuyến là một hiện tượng trong đó một phần của Mặt Trời bỗng đột ngột đổi màu trong chừng 1 hoặc 2 giây. Lóe
Giải đáp nhanh những câu hỏi lớn – Stephen Hawking (Phần 22)
06/01/2019
Chương 9 TRÍ TUỆ NHÂN TẠO SẼ VƯỢT MẶT CHÚNG TA KHÔNG? Trí thông minh là trung tâm ý nghĩa đối với loài người. Mọi thứ mà
Có thể có một phản vũ trụ phía bên kia Big Bang
06/01/2019
Vũ trụ của chúng ta có thể là ảnh qua gương của một vũ trụ phản vật chất lan tỏa ngược chiều thời gian trước Big Bang.
Hellium-3 có thể liên kết với sắt và oxygen ở sâu bên trong Trái Đất
06/01/2019
Hàm lượng cao đến bất ngờ của hellium-3 tìm thấy ở các điểm nóng núi lửa có thể là bằng chứng cho sự tồn tại của

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

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