Con số 2 bí ẩn

Trong những năm 1920, nhà vật lý Max Born đã cho rằng một cặp 2 hạt – thay vì 3 hạt, 4 hạt, hoặc nhiều hơn – có thể giao thoa, tạo ra tính chất giống như sóng ở hạt, lúc thì cộng hưởng, lúc thì tiêu trừ lẫn nhau. Nguyên lý toán học mà Born đưa ra cho thấy sự đóng góp của khe thứ 3 (hoặc nhiều khe hơn nữa) vào giao thoa là bằng 0. Tuy nguyên nhân tại sao giao thoa lượng tử chỉ dừng ở con số 2 vẫn còn chưa được biết, định đề của Born vẫn được chấp nhận rộng rãi bởi các nhà vật lý. Nhưng phải tới bây giờ nó mới được kiểm chứng rõ ràng qua thí nghiệm.

“Việc kiểm chứng các định đề trong vật lý lượng tử là rất quan trọng”, nhận định từ đồng tác giả của nghiên cứu, Urbasi Sinha từ Viện Tính toán Lượng tử của Đại học Waterloo tại Canada. “Chẳng có ý nghĩa gì nếu chúng ta cứ phát triển lý thuyết thuần túy mà không có những thí nghiệm chứng minh, phải không nào?”

Trong nghiên cứu mới, Sinha và các cộng sự tạo ra 3 khe song song trên một miếng thép không gỉ, mỗi khe rộng 300 micromet, cao 300 micromet. Ánh sáng được phóng qua các khe và màn cảm ứng ở phía sau sẽ ghi lại từng proton lọt qua. Một màn chắn cho phép các nhà nghiên cứu mở và đóng 3 khe một cách độc lập.   

Nếu như các phương trình vật lý lượng tử (và cả định đề của Born) là chính xác và giao thoa 3 bên không xảy ra, thì các chu kỳ giao thoa từ 3 khe sẽ là hình ảnh kết hợp giữa giao thoa 2 khe và khi chỉ có 1 khe được mở. Vì vậy nên Sinha và các cộng sự đã phóng photon qua 3 khe với tất cả 8 khả năng tổ hợp đóng/mở các khe. Giảm trừ đi chu kỳ giao thoa của 7 tổ hợp còn lại từ tổ hợp khi cả 3 khe được mở, các nhà nghiên cứu nhận được một con số rất gần với 0. Kết quả này, được công bố trên tạp chí Science ngày 23 tháng 7, cho thấy khả năng định đề của Born bị sai là rất thấp.

“Chỉ vì bạn cho thêm vào khe thứ 3 không có nghĩa là bạn tạo ra được giao thoa 3 bên”, Sinha nói. “Tất cả chỉ là sự kết hợp của ánh sáng từ 1 khe với giao thoa ánh sáng 2 khe”.

Nếu như các nhà khoa học tìm thấy giao thoa 3 bên thì hậu quả sẽ rất lớn, nhận xét từ nhà vật lý lý thuyết Fay Dowker của Đại học Imperial London ở Anh. “Nếu như kết quả không phải là số 0 như thí nghiệm đã đạt được, thì có nghĩa là vật lý lượng tử đã sai, cũng như khi thí nghiệm 2 khe chứng minh rằng vật lý cổ điển đã sai”.

Đa số các nhà vật lý cho rằng khi có thêm các thí nghiệm 3 khe được tiến hành với các hạt khác, ví dụ như electron, thì tính xác thực của định đề Born sẽ ngày càng có tính thuyết phục, Dowker nói. Tuy nhiên bà cũng lưu ý rằng có một khả năng là giá trị tìm được sẽ lớn hơn 0 một chút. “Điều đó sẽ rất thú vị”.