Đột phá mới trong vật lý với việc tạo ra siêu ánh sáng photon

Tạo ra một loại ánh sáng mới với các photon ở trạng thái ngưng tụ Bose-Einstein.

Các nhà khoa học Đức đã tạo ra bước đột phá trong lĩnh vực vật lý khi cho ra đời một loại ánh sáng mới bằng cách làm lạnh các phân tử photon sang trạng thái đốm màu.

Ta vẫn biết mọi vật chất thường tồn tại ở ba trạng thái: rắn. lỏng, khí. Khám phá mới thể hiện một trạng thái mới của vật chất: “trạng thái ngưng tụ Bose-Einstein”. Các nhà khoa học từng tạo được trạng thái này vào năm 1995 ở các nguyên tử siêu lạnh của một chất khí, nhưng quả thật, chưa ai từng nghĩ có thể đạt được trạng thái này ở các hạt photon. Tuy nhiên, bốn nhà vật lý Jan Klrs, Julian Schmitt, Frank Vewinger và Martin Weitz Đại học Bonn ở Đức mới đây đã chứng minh đã làm được điều đó. Họ đặt tên cho các hạt mới là các siêu photon.

Các hạt photon ở trạng thái Bose-Einstein được làm lạnh tới độ không tuyệt đối (-273oC), cho tới khi chúng hòa vào nhau, tạo thành một hạt khổng lồ. Các chuyên gia từng cho rằng, các photon sẽ không thể đạt được trạng thái này vì việc vừa làm lạnh ánh sáng vừa ngưng tụ cùng lúc điều bất khả thi. Do photon là các hạt không có khối lượng, chỉ mang năng lượng nên chúng đơn giản dễ bị hấp thụ vào môi trường xung quanh và biến mất, đặc biệt là khi chúng bị làm lạnh.

Bốn nhà vật lý Đức cuối cùng đã tìm được cách làm lạnh các hạt photon mà không làm giảm số lượng của chúng. Để duy trì số lượng hạt photon, những nhà nghiên cứu này đã sáng chế ra một thùng chứa làm bằng những tấm gương đặt vô cùng sát nhau và chỉ cách nhau khoảng 1 micromet. Giữa các gương, nhóm nghiên cứu đặt các phân tử “thuốc nhuộm” (về cơ bản chỉ có một lượng nhỏ chất nhuộm màu). Khi các photon va chạm với những phân tử này, chúng bị hấp thụ và sau đó được tái tạo.

Các tấm gương đã “tóm” các photon bằng cách giữ cho chúng nhảy tiến – lui trong một trạng thái bị giới hạn. Trong quá trình đó, các hạt photon trao đổi nhiệt lượng mỗi khi chúng va chạm với một phân tử thuốc nhuộm. Và cuối cùng, chúng bị làm lạnh tới mức nhiệt độ phòng. Mặc dù không thể đạt độ không tuyệt đối nhưng nhiệt độ phòng thôi, cũng đã đủ lạnh để các photon kết lại thành một hạt khổng lồ, hay trạng thái ngưng tụ Bose-Einstein.

Trong bài viết mới đây trên tạp chí Nature, nhà vật lý James Anglin thuộc trường Đại học Kỹ thuật Kaiserslautern (Đức) đánh giá thử nghiệm trên là “một thành tựu mang tính bước ngoặt”.

Ứng dụng phát kiến này vào thực tế, chúng ta có thể tạo các loại laser mới có bước sóng cực ngắn, trong dải tia cực tím, hoặc tia X. Để làm được điều này chắc chắn phải mất một vài năm.

Theo livescience