Hiện tượng siêu chảy của chất khí
Lần đầu tiên các nhà khoa học ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã quan sát được trực tiếp sự chuyển từ một chất khí sang trạng thái siêu chảy, kết quả này phần nào sẽ giúp ích cho việc giải bài toán quan trọng và dai dẳng về hiện tượng siêu dẫn nhiệt độ cao.
Chất khí siêu chảy được tạo ra ở MIT cũng có thể sẽ làm cơ sở cho mô hình nghiên cứu các tính chất của các sao neutron hoặc các hỗn hợp quark-gluon đã từng tồn tại trong giai đoạn ban đầu của vũ trụ.
Công trình này được báo cáo trên tạp chí Nature và Physical Review Letters, do tác giả Wolfgang Ketterle (từng nhận giải Nobel), John D. MacArthur và các cộng sự ở MIT.
Hiện tượng siêu chảy được quan sát đối với trường hợp chất khí của các nguyên tử fermion, gọi là khí Fermi. Chất khí Fermi này chỉ có thể siêu chảy khi các nguyên tử của nó kết thành các cặp, từ đó chúng tạo nên một dạng vật chất gọi là hiện tượng ngưng tụ Bose-Einstein.
Trong một số năm, các nhóm nghiên cứu trên toàn thế giới đã chỉ thấy được một cách gián tiếp hiện tượng siêu chảy của khí Fermi, bởi vì sự chuyển sang trạng thái siêu chảy không kèm theo bất cứ thay đổi nào về hình ảnh của đám khí.
Phương pháp mới của nhóm MIT là sử dụng hai loại fermion với số lượng không bằng nhau, hai loại này được gắn với các trạng thái spin-lên và spin-xuống. Khi ấy các nguyên tử sẽ kết cặp với nhau, mỗi fermion spin-lên sẽ tìm cho nó một fermion spin-xuống và ngược lại. Kết quả là sẽ còn thừa một loại fermion không kết cặp. Như vậy sự khác nhau giữa chất khí siêu chảy gồm các cặp fermion và chất khí gồm các nguyên tử độc thân trở nên rõ ràng và có thể quan sát được.
Ta có thể tưởng tượng hai loại fermion như những cô gái và chàng trai trên sân khấu, họ sẽ kết thành những cặp để tạo ra “điệu nhảy siêu chảy”. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu số chàng trai mà đông hơn số cô gái? Những chàng trai độc thân sẽ tham gia vào điệu nhảy, sẽ đứng ra ngoài sân khấu hay sẽ gây rối khiến mọi người phải ngừng nhảy? Điệu nhảy sẽ kết thúc khi khi tỉ lệ số chàng trai và số cô gái là 6 trên 1, dưới tỉ lệ này điệu nhảy vẫn tiếp tục, đó chính là kết quả được quan sát bởi các nhà vật lý ở MIT.
Các nhà vật lý đã thấy rằng, để điệu nhảy tiếp tục, các chàng trai độc thân (các nguyên tử thừa ra) phải bị đẩy ra khỏi sân khấu. Hiện tượng này đã được quan sát trực tiếp, các nguyên tử độc thân bị đẩy ra rìa xung quanh nhân siêu chảy. Khi các nguyên tử được làm lạnh tới hạn, hiện tượng siêu chảy được được đi kèm bởi sự thay đổi đột ngột hình dạng của đám khí.
Nhóm nghiên cứu MIT đã quan sát được hiện tượng siêu chảy khi làm lạnh khí Fermi xuống tới 50 phần tỷ của 1 độ Kelvin, rất gần với độ không tuyệt đối (-237oC). Bằng việc sử dụng hình ảnh tương phản pha – một công nghệ hiển vi tiêu chuẩn – họ đã có thể quan sát trực tiếp nhân siêu chảy và lớp vỏ các nguyên tử độc thân xung quanh nó.
Công trình này được báo cáo trên tạp chí Nature và Physical Review Letters, do tác giả Wolfgang Ketterle (từng nhận giải Nobel), John D. MacArthur và các cộng sự ở MIT.
Hiện tượng siêu chảy được quan sát đối với trường hợp chất khí của các nguyên tử fermion, gọi là khí Fermi. Chất khí Fermi này chỉ có thể siêu chảy khi các nguyên tử của nó kết thành các cặp, từ đó chúng tạo nên một dạng vật chất gọi là hiện tượng ngưng tụ Bose-Einstein.
Trong một số năm, các nhóm nghiên cứu trên toàn thế giới đã chỉ thấy được một cách gián tiếp hiện tượng siêu chảy của khí Fermi, bởi vì sự chuyển sang trạng thái siêu chảy không kèm theo bất cứ thay đổi nào về hình ảnh của đám khí.
Phương pháp mới của nhóm MIT là sử dụng hai loại fermion với số lượng không bằng nhau, hai loại này được gắn với các trạng thái spin-lên và spin-xuống. Khi ấy các nguyên tử sẽ kết cặp với nhau, mỗi fermion spin-lên sẽ tìm cho nó một fermion spin-xuống và ngược lại. Kết quả là sẽ còn thừa một loại fermion không kết cặp. Như vậy sự khác nhau giữa chất khí siêu chảy gồm các cặp fermion và chất khí gồm các nguyên tử độc thân trở nên rõ ràng và có thể quan sát được.
Ta có thể tưởng tượng hai loại fermion như những cô gái và chàng trai trên sân khấu, họ sẽ kết thành những cặp để tạo ra “điệu nhảy siêu chảy”. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu số chàng trai mà đông hơn số cô gái? Những chàng trai độc thân sẽ tham gia vào điệu nhảy, sẽ đứng ra ngoài sân khấu hay sẽ gây rối khiến mọi người phải ngừng nhảy? Điệu nhảy sẽ kết thúc khi khi tỉ lệ số chàng trai và số cô gái là 6 trên 1, dưới tỉ lệ này điệu nhảy vẫn tiếp tục, đó chính là kết quả được quan sát bởi các nhà vật lý ở MIT.
Các nhà vật lý đã thấy rằng, để điệu nhảy tiếp tục, các chàng trai độc thân (các nguyên tử thừa ra) phải bị đẩy ra khỏi sân khấu. Hiện tượng này đã được quan sát trực tiếp, các nguyên tử độc thân bị đẩy ra rìa xung quanh nhân siêu chảy. Khi các nguyên tử được làm lạnh tới hạn, hiện tượng siêu chảy được được đi kèm bởi sự thay đổi đột ngột hình dạng của đám khí.
Nhóm nghiên cứu MIT đã quan sát được hiện tượng siêu chảy khi làm lạnh khí Fermi xuống tới 50 phần tỷ của 1 độ Kelvin, rất gần với độ không tuyệt đối (-237oC). Bằng việc sử dụng hình ảnh tương phản pha – một công nghệ hiển vi tiêu chuẩn – họ đã có thể quan sát trực tiếp nhân siêu chảy và lớp vỏ các nguyên tử độc thân xung quanh nó.
Nguồn: MIT
Tác giả
(Visited 20 times, 1 visits today)