Untitled 55 Soá 9 naêm 2018 KH&CN nước ngoài “Bẻ cong” quy tắc vật lý Hãy tiến hành một thí nghiệm cho hai chiếc đèn pin chiếu sáng đối diện nhau, chúng ta không thấy điều gì khác thường Sở dĩ như vậy[.]
kh&cnKH&CN nướcnướcngoài Những “thanh gươm ánh sáng” vốn được thấy phim khoa học viễn tưởng có khả trở thành thực nhà vật lý học tìm phương pháp để photon tương tác với tạo nên dạng vật chất mới, được gọi vật chất photonic Đây thực thành tựu đáng kể vật lý đương đại, vật chất photonic mở nhiều triển vọng ứng dụng tương lai, đặc biệt tính tốn lượng tử “Bẻ cong” quy tắc vật lý Hãy tiến hành thí nghiệm: cho hai đèn pin chiếu sáng đối diện nhau, khơng thấy điều khác thường Sở dĩ photon phát khơng tương tác với nên chúng qua hai bóng ma đêm (hình 1) Song photon tương tác với (hút hay Hình Các photon không tương tác với đẩy nhau) ngun tử thơng thường điều xảy ra? Phải kiếm ánh sáng phim giả tưởng trở thành thực? Điều nghe phi lý, “bẻ cong” quy tắc vật lý Như biết, khuôn khổ Điện động lực học lượng tử (Quantum Electrodynamics - QED), hạt photon không tương tác với Tuy nhiên “nghịch lý” nhà vật lý Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) Đại học Harvard (Mỹ) chứng minh Họ tìm phương pháp để photon tương tác với mơi trường phi tuyến, tương tác photon thực nhờ trạng thái Rydberg1 nguyên tử Sự tương tác photon tạo nên loại vật chất photonic (photonic matter) [1] Trạng thái Rydberg trạng thái nguyên tử hay phân tử có electron kích thích đến số lượng tử quỹ đạo cao Số năm 2018 55 KH&CN nước ngồi Mơ tả thí nghiệm Trong thí nghiệm đăng Tạp chí Science [2], nhà khoa học chiếu tia laser yếu qua đám mây mật độ lớn nguyên tử Rubidium (Rb) siêu lạnh quan sát thấy rằng, thay khỏi đám mây thành photon đơn lẻ cách ngẫu nhiên, photon liên kết với theo cặp theo Điều chứng tỏ loại tương tác (ở tương tác hút) xuất chúng (hình 2) Hình Thí nghiệm tạo liên kết photon Trong photon thường khơng có khối lượng di chuyển với tốc độ 300.000 km/s (vận tốc ánh sáng), thí nghiệm nhà vật lý phát thấy photon tương tác có khối lượng nhỏ, phần electron có vận tốc nhỏ 100.000 lần so với photon thông thường (không tương tác) Valanda Vuletic (người đứng đầu nhóm nghiên cứu) cho biết, kết nghiên cứu chứng tỏ photon thực tương tác vướng vào Nếu chế ngự photon có tương tác sử dụng phép tính lượng tử “siêu” nhanh phức tạp Đây ước mơ nhà vật lý Để tìm cách liên kết nhiều photon lại với nhau, Valanda Vuletic cộng thực thí nghiệm tương tự thí nghiệm Ban đầu, họ làm lạnh đám mây nguyên tử Rb đến mức “siêu lạnh”, nhiệt độ chừng phần triệu độ khơng tuyệt đối (absolute zero) Sau họ chiếu tia laser yếu xuyên qua đám mây Rb “siêu lạnh” (tia laser yếu đến mức lúc số lượng nhỏ photon truyền qua đám mây) Kết đo photon chui qua đám mây cho thấy, chúng với thành cặp ba đặc biệt pha chúng có thay đổi2 trước sau qua đám mây nguyên tử; pha photon lớn gấp lần pha photon Điều chứng tỏ không photon độc Pha photon cho biết tần số dao động Nếu pha lớn tương tác photon liên kết với mạnh 56 Soá naêm 2018 lập tương tác với mà tất chúng tương tác với cách mạnh mẽ Giả thuyết tương tác photon Giả thuyết điều tạo tương tác photon, nhà nghiên cứu cho rằng: photon đơn lẻ qua đám mây nguyên tử, dừng lại nguyên tử gần cách chớp nhoáng chuyển sang dừng lại nguyên tử khác , tạo thành polariton - hạt lai có cấu trúc: photon + nguyên tử Nếu photon khác đồng thời di chuyển qua đám mây, có “hành động” tương tự tạo thành polariton Hai polariton tương tác với nhờ thành phần nguyên tử Đám mây nguyên tử Rb lưu lại trạng thái ban đầu photon rời xa đám mây trạng thái liên kết Trong trường hợp photon ta có liên kết mạnh liên kết photon3 Sự tương tác photon xảy vòng phần triệu giây song đủ cho photon liên kết với sau rời đám mây Rb Điều quan trọng photon qua mơi trường Rb, điều xảy mơi trường, chúng “nhớ” ngồi Photon di chuyển nhanh qua khoảng cách dài Nếu photon ảnh hưởng lẫn làm chúng rối lượng tử với sử dụng chúng để phân phối thông tin lượng tử cách hữu ích Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu tìm cách để “ép” photon tương tác theo cách khác hút mà đẩy tán xạ lên bóng bi-a “Trong trường hợp photon đẩy nhau, tạo nên dạng tinh thể ánh sáng hay nhiều điều vơ bất ngờ khác - “vùng đất mới” chưa biết đến” - Vuletic cho biết ? Cao Chi TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Qi-Yu Liang, Aditya V Venkatramani, Sergio H Cantu, Travis L Nicholson, Michael J Gullans, Alexey V Gorshkov, Jeff D Thompson, Cheng Chin, Mikhail D Lukin, and Vladan Vuletic (2018), “Observation of three-photon bound states in a quantum nonlinear medium”, Science, 359(6377), pp.783786; doi: 10.1126/science.aao7293 [2] Jennifer Chu (2018), Physicists create new form of light, MIT News: http://news.mit.edu/2018/physicists-createnew-form-light-0215 Riêng tượng liên kết photon (nhiều photon) điều thú vị ... thường khơng có khối lượng di chuyển với tốc độ 300.000 km/s (vận tốc ánh sáng), thí nghiệm nhà vật lý phát thấy photon tương tác có khối lượng nhỏ, phần electron có vận tốc nhỏ 100.000 lần so... Nếu chế ngự photon có tương tác sử dụng phép tính lượng tử “siêu” nhanh phức tạp Đây ước mơ nhà vật lý Để tìm cách liên kết nhiều photon lại với nhau, Valanda Vuletic cộng thực thí nghiệm tương... tương tác theo cách khác hút mà đẩy tán xạ lên bóng bi-a “Trong trường hợp photon đẩy nhau, tạo nên dạng tinh thể ánh sáng hay nhiều điều vơ bất ngờ khác - “vùng đất mới” chưa biết đến” - Vuletic