Dầu olive dẫn đến khám phá định luật phổ quát mới về các chuyển pha

Một giọt dầu ô liu bình thường trong một hệ các photon dao động giữa hai tấm gương đã tiết lộ các khía cạnh phổ quát về các chuyển pha trong vật lý.

Tương tác photon-photon

Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm AMOLF của tổ chức Nghiên cứu khoa học Hà Lan đã dùng một hốc trống chứa đầy dầu trong đó ánh sáng trải qua các chuyển pha tương tự như ở trong chuyển pha ở trạng thái nước sôi. Hệ mà họ nghiên cứu này có trí nhớ bởi dầu là nguyên nhân dẫn đến các photon tương tác với chính nó. Bằng sự biến đổi của khoảng cách giữa hai tấm gương và đo đạc việc  truyền ánh sánh thông qua khoang trống, họ khám phá ra một định luật phổ quát miêu tả được các chuyển pha trong các hệ có trí nhớ.

Kết quả nghiên cứu đã được trình bày trong bài báo “Universal Scaling in the Dynamic Hysteresis, and Non-Markovian Dynamics, of a Tunable Optical Cavity” xuất bản trên Physical Review Letters. 

Nhóm nghiên cứu về sự tương tác của các photon tại AMOLF nghiên cứu về phi tuyến tính và nhiễu trong các hệ photon. Một trong những hệ này là một hốc được hình thành bằng hai tấm gương đặt đối diện nhau trong khoảng cách gần. Bên trong khoang, ánh sáng nảy đi nảy lại khi nó được phản chiếu trong gương. Họ đặt một thứ gì đó vào bên trong hốc quang học, thay đổi các đặc tính của hệ. “Chúng tôi tạo ra một hệ có trí nhớ bằng việc đặt một giọt dầu ô liu vào trong hốc”, Said Rodriguez, nhà nghiên cứu dẫn dắt nhóm, cho biết. “Dầu làm vật trung gian ảnh hưởng đến những tương tác photon-photon, khi đó chúng tôi có thể thay đổi bằng việc đo đạc sự truyền đi của ánh sáng laser thông qua chính hốc đó”.

Quét tốc độ

Rodriguez và nghiên cứu sinh Zou Geng và Kevin Peters đã phân tích việc truyền ánh sáng trong khi tăng và giảm khoảng cách giữa hai tấm gương tại những tốc độ khác nhau. Họ thấy lượng ánh sáng được truyền qua hốc phụ thuộc vào hướng chuyển động của gương. “Việc truyền ánh sáng thông qua hốc là phi tuyến. Tại một khoảng cách nhất định giữa hai tấm gương, lượng ánh sáng được truyền phụ thuộc vào việc liệu chúng tôi mở hay đóng hốc lại”, Rodriguez giải thích. “Hành xử này được gọi là hiện tượng trễ. Nó được quan sát trong các chuyển pha như nước sôi hoặc vật liệu từ”.

Tính phổ quát

Các nhà nghiên cứu đã đổ đầy dầu ô liu vào hốc và thay đổi vị trí của các tấm gương tại các tốc độ khác nhau. Nguồn: Henk-Jan Boluijt @AMOLF

Dẫu vậy, trong hốc với dầu ô liu, hiện tượng trễ không luôn luôn xuất hiện, các nhà nghiên cứu quan sát điều này khi họ tăng tốc độ mở hốc và đóng hốc. Rodriguez nói: “Trong các đợt quét nhanh hơn, chúng tôi thấy không còn hiện tượng trễ như một hàm của quét tốc độ. Điều này xảy ra với một tỷ lệ phổ quát, độc lập của các tham số như mật độ ánh sáng hay độ lớn của phi tuyến. Các phương trình miêu tả cách ánh sáng hành xử trong hốc chứa đầy dầu tương tự như những miêu tả về các tập hợp nguyên tử, siêu dẫn và thậm chí cả vật lý năng lượng cao. Do đó, hành xử phổ quát mà chúng tôi khám phá được cũng giống như điều được quan sát trong rất nhiều hệ”.

Ghép các hốc

Dù có thể rất thú vị khi nghiên cứu hành xử mang tính phổ quát ở nhiều cấp độ trong nhiều hệ có trí nhớ thì Rodriguez vẫn chỉ muốn tập trung vào các hốc chứa dầu. “Hệ của chúng tôi có tính phi tuyến quang học cực mạnh ở nhiệt độ phòng”, ông nói. “Vì thế hiện nay chúng tôi đang tìm hiểu cái gì xảy ra khi chúng tôi ghép đôi hai hoặc nhiều hốc lại với nhau. Bởi vì mỗi hệ đều có trí nhớ, một dãy các hốc có thể cuối cùng trở nên hữu dụng như một công cụ tính toán hoặc thậm chí có thể cho những ứng dụng về cảm biến”.

Thanh Phương dịch

Nguồn: https://phys.org/news/2020-04-olive-oil-discovery-universal-law.html

Tác giả