GIẢI NOBEL VẬT LÝ 2005 pot

GIẢI NOBEL VẬT LÝ 2005 Giải NobelVật lý năm 2005được trao cho công dânMỹ Roy J. Glaubertại Đại học Harvard(Cambridge, bang Massachusetts, Mỹ) “do đóng góp của ôngcho lý thuyết lượngtử củasự kết hợp quang”, côngdân Mỹ John L. Halltại Viện Liên hợp thí nghiệm Vậtlý thiênvăn (JILA),Đại họcColorado và Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST)(Boulder,bang Colorado,Mỹ)và công dân Đức Theodor W. Hanschtại Viện Quanglượng tử Max Planck (Garching, Đức)và Đại học Ludwid-Maximilians (LMU)(Munich, Đức) “do đónggóp của họ (Hall và Hansch) cho sự phát triển nghiên cứu phổ chính xác trêncơ sở laze trong đó có kỹ thuật lược tầnsố quang(opticalfrequency comb technique)”. Giải NobelVật lý năm 2005được trao choba nhà khoahọc trong lĩnhvực quanghọc. Giảiđược trao cho công trình mô tả rõ nét ánh sáng laze và ứng dụng của nóvào nhữngphép đochính xác. RoyGlauber được trao tặngmột nửa Giải thưởng domô tả lý thuyết của ông về dáng điệu của các hạt ánh sáng. Ôngđã thiết lập cơ sở của Quang lượngtử trong đó lý tbuyết lượngtử bao hàmtrường của quanghọc. Ôngcó thể giải thích những khác biệt cơ bản giữa các nguồn nóng của ánh sáng chẳng hạn như các bóngđènphát sáng vớisự trộn của cáctần số và pha và các lazemàchúng tạora một tần số và pha riêng.John Hallvà Theodor Hansch được traotặngmột nửa Giải thưởng do sự phát triển của họ về nghiên cứu phổ chínhxác trêncơ sở lazenghĩa là xácđịnh màusắc ánh sáng của các nguyên tử và phân tử với độ chính xáccực kỳ cao. Những đóng góp củahai ôngtạo ra khả năng đo được các tầnsố với độ chínhxác tới 15 con số sau dấuphẩy. Bây giờ người ta có thể tạo ra các lazevới các màu sắccực kỳ rõ nét vàhiểu rõbản chất của ánhsáng với tất cả các màu sắc nhờ kỹ thuật lược tần số. Kỹ thuật này tạo ra khả năng tiến hành cácnghiêncứu chẳng hạn như sự ổn định của các hằng số của tự nhiên qua thời gian, pháttriển các đồnghồ siêuchính xác và cải thiện hệ thống thôngtin và liên lạctoàn cầu. R.J.Glauber sinh năm 1921tại NewYork (Mỹ), bảo vệ luận án tiến sĩ Vật lý năm 1949tại Đại học Harvardvà hiện naylà giáo sư Vật lý Mallinckrodt tại Đại học Harvard. Nghiên cứugần đâycủa ông liên quanđến một số vấn đề trong quang lượng tử như các tươngtác điện động lực lượng tử của ánh sáng và vật chất. Ông còn tiếp tục nghiên cứu một số đề tài trong lýthuyếtva chạm năng lượng cao trong đó có phân tích các va chạm và tương quanthống kê của các hạt sinhra trong các phản ứng năng lượngcao.Các chủ đề riêng trong nghiên cứuhiện nay của ông baogồmdáng điệu cơ học lượngtử của các gói ionbị bẫy; tương tác của ánh sáng với cácion bị bẫy; các phương pháp đại số liên quan đếnthống kê fecmion; các tương quankết hợp củacác nguyên tử bozon gầnsự ngưngkết Bose- Einstein,…Ông bát đầu nghiêncứu về quang lượng tử từ năm 1955. J.L.Hall sinhnăm 1934tại Denver (Mỹ), bảo vệ luận án tiếnsĩ Vật lý tại Viện Công nghệ Carnegieở Pittsburghnăm 1961 vàhiện nay là nhà khoahọc cao cấptại NIST vàthànhviên của JILAthuộc Đại học Coloradoở Boulder.Ông tốt nghiệp đại học năm 1956, bảo vệ luận án thạc sĩ năm 1958 và bảo vệ luận án tiénsĩ năm 1961 đều từ Viện Côngnghệ Carnegie.Hall thựctập sautiến sĩ (1961-1962)và là nhà vật lý(1962-1971)đềutại Cục Tiêu chuẩn Quốcgia. Từ năm 1964 đến nay,ông là cộng tác viên của ViệnLiên hợpthí nghiệm vậtlý thiênvăn (JILA).Từ năm1967 đến nay, ônglà giảngviên tại khoaVậtlý của Đại họcColorado. Từ năm 1971 đến nay, ônglà nhàkhoa học cao cáp Viện Tiêuchuẩnvà Công nghệ Quốc gia (NIST). Ngoài Giải NobelVật lý năm 2005,ông đã được traotặngnhiều giải thưởng và danh hiệu khác như Huy chươngVàng của Bộ Thương mại (1969, 1974, 2002), Giải thưởng Samuel W.Stratton (1971), Giải thưởng E.U.Condon (1979),Giải thưởng C.H.Townes(1984) củaHội Quanghọc Mỹ, Giải thưởng Davisson-Germer (1988)của Hội Vật lý Mỹ, Tiếnsĩ danh dự (198)của Đại học ParisNord, Huy chương FredericIves (1991) củaHội Quanghọc Mỹ,Giải thưởng ArthurV. Shawlow(1993) của Hội Vật lý Mỹ, Giảithưởng Khoahọc đo lường AllenV. Astin (2000),Giải thưởngMax Born(2002) của Hội Quanghọc Mỹ, Giải thưởngNhà nước (2002)từ Bộ Nội vụ, Bắc đẩu bội tinh (2004) và Giải thưởng I.I.Rabi (2004) của Hội IEEE.Bộ ổn địnhlaze vàmét theo bước sóng lazecủa ông được lựa chọn là một trong “100sản phẩm tốt nhất của năm” (1975, 1977).Hall làhội viên Hội Vật lý Mỹ và Hội Quanghọc Mỹ, thành viênỦy ban VII củaHiệp hội Quốc tế về khoa học vôtuyến, đại biểuHội đồng tư vấn về định nghĩa củamét tạiSevres (Pháp) từ năm 1970đếnnay, thànhviên Hội đồng kiểm tra đánh giácủa Cơ quan nghiên cứu quân đội (1976-1979), thànhviên Hội đồngnghiên cứu Quốc gia về cáchằng số cơ bản (1976-1979), thànhviên Hội đồng chương trình choHội nghị Quốc tế về điện tử lượng tử (1978,1996)và Hội nghị CLEO/QELS (1996).Hall là việnsĩ Viện Hàn lâm Khoa họctừ năm 1984 đến nay. Những nghiên cứu hiện naythuộclĩnh vựcvật lý nguyên tử và phân tử và phép đo chínhxác và bao gồm sự ổn định lazevà cáckỹ thuật quét chínhxác khisử dụng phépđo giao thoa và cáckỹ thuật heterođyn,sự ổn địnhbiên độ gần mức“nhiễu đạn photon(photonshot noise)” với các phương pháp điện quangcổ điển và cácchùm“nén *(squeezed)” củamức dưới nhiễuđạn (sub-shot-noise)hay củacác photon cótương quansinh ra trong cáctương tác phi tuyến. Ôngquantâm đến các phương pháp sóng liên tục ứng dụngcho các anten sóng hấp dẫn và phépđo khúc xạ kép của chân không bị cảm ứng từ. Cácđồnghồ nguyêntử quangtrên cơ sở “vòi phun nguyên tử (atomicfountain)”stronti sẽ cho phép xác địnhvới độ phân giải rất cao đối với các bề rộng vạch < 10 Hz. Một sự bố trí dò biến điệu mới cho phépnghiên cứu phổ phi tuyến mànó cho độ nhạy cực kỳ cao (sự hấp thụ < 10 -12 ) khi sử dụng các chuyển tiếp quá âm (overtone)phân tử trong vùng gần hồng ngoại T.W.Hansch sinhnăm 1941tại Heidelberg (Đức), bảo vệ tiến sĩ Vật lý tạiĐại học Heidelberg năm 1969và từ năm1986 đến nay ông là giám đốc Viện Quang lượng tử Max Planckở Garchingvàgiáo sư Vật lý tại LMU.Năm1970 ôngđược NATOtài trợ để nghiêncứu quangphổ lazetạiĐại học Stanford (Mỹ).Năm 1975 ông trở thành giáo sư của trườngnày. Năm1985 Hansch trở về Đức vàlàm việctại Viện Quanglượng tử Max Planckvà giảng dạy tại khoaVât lý của LMU.Ôngđã được traotặngGiải thưởngOtto Hahn (2005)và Giải thưởngFredericIves(2005) của Hội Quang học Mỹ. Hansch còn đượctrao tặngGiải thưởng Gottfried Wilhelm Leibnizcủa Hiệp hội nghiên cứu Đức, Giải thưởng Philip Morris, Huychương Danh dự hạngNhất củaNhà nước Đứcvà Huy chươngKhoa học và Nghệ thuật Bavarian Maximilian. Hansch là ngườithứ 13 củaLMU được traoGiải Nobel và ôngđược xếp ngang hàng với cácnhà vật lý nổi tiếng của LMUnhư WilhelmContrad Rontgen,WilhelmWien,Max von Laue,Werner Heisenbergvà Gerd Binnig. Chúng tacó được phầnlớn hiểubiết của mình về thế giới xungquanh chúng ta nhờ ánh sáng mà nóbao gồm các sóngđiện từ. Nhờ có ánh sáng, chúng ta có thể tự địnhhướng trong cuộc sống hàng ngày củamình hoặc quan sát thấy hầu hết các thiên hàxa xôi trong vũ trụ.Quang học trở thànhcôngcụ của nhà vật lýđể xemxét các hiện tượng ánh sáng. Nhưngánhsáng là gì và các loại ánh sáng khác nhau như thế nào? Làm thế nào để phân biệt ánh sáng phát ra từ một ngọn nến và chùmsáng phátra một nguồn laze?TheoAlbert Einstein, vận tốcánh sángtrong chân không là một hằng số.Có thể sử dụng ánh sángđể đo thời gian với độ chính xáccao hơn so với các đồnghồ nguyên tử hiện nay đượckhông?Các nhàkhoa học đoạt Giải NobelVật lý năm 2005có thể giải đáp cáccâu hỏi nói trên. Vào cuối thế kỷ XIX, cácnhà khoahọc tin tưởng rằng cáchiện tượng điệntừ có thể giải thích được bằng lý thuyếtcủa nhà vật lý ngườiXcốtlenJames Clerk Maxwelltrong đó ông quan niệm ánhsáng như là các sóng. Nhưng một vấn đề khôngmong muốnnảy sinhkhi người tacố gắng hiểu bức xạ phát ratừ các vật cháysáng chẳnghạn như Mặt Trời. Sự phân bố về độ đậm nhạt củamàu sắc không phù hợp vớicác lý thuyết được phát triển dựa trên cơ sở lý thuyết Maxwell.Lượng bức xạ tím và cực tím phát ra từ Mặt Trời xác định được từ các lý thuyết đó cao hơnnhiều so với lượngbức xạ thu được trong thựctế. Max Planck (đoạt Giải Nobel Vật lý năm1918) đã giải quyết được sự không phù hợp nóitrên khi tìmra một công thứchoàn toàn thỏamãn sự phân bố phổ thực nghiệm. Planckmô tả sự phânbố phổ như là kết quả của trạng thái dao động bên trong của vật bị nung nóng. Ở mộttrong các công trìnhnổi tiếng của mình vào năm 1905,Einsteincho rằng năng lượngánh sángcũng bức xạ theo các gói năng lượng riêng biệt gọi là các lượngtử. Khimộtgói năng lượng kiểu nàytiến đếnbề mặtcủa một kimloại, năng lượng của nó đượctruyền chomột electronvà electron này thoát rakhỏi vật liệu. Đó chính là hiệu ứng quang điện. Nhờ giải thích được hiệu ứng này,Einstein được trao tặngGiải Nobelvật lý năm 1921. Giả thuyết của Einstein có nghĩalà một gói năng lượng đơn giản sau đó gọi là một photon sẽ cung cấp toàn bộ năng lượngcủa nó cho một electron.Do đó,chúng ta có thể đếm được cáclượng tử trong bức xạ bằng cách quan sát và đếm số các electronnghĩalà có mộtdòng điện đi ra khỏi bề mặt kim loại. Hầu hết các bộ dò ánh sáng sau này đều dựa trên hiệu ứng đó. Khi các nhà khoahọcphát triển lýthuyếtlượng tử vào những năm20 của thế kỷ trước, nó gặp phải những khó khăn ở dạng củacác biểu thứcvô hạn và vô nghĩa. Vấn đề này khôngđược giải quyết cho đến sauchiếntranh thế giới lần thứ II khi Tomonaga,Schwingervà Feynman (đoạt Giải NobelVật lý năm 1965)phát triển điện độnglực lượng tử (QED). Lý thuyếtnày trở thành lý thuyết chínhxác nhất trong vật lý và là trungtâm cho sự phát triển vật lý hạtcơ bản. Tuynhiên, lúc đầu người ta cho rằng không cần thiếtphải áp dụngQED cho ánhsáng nhìn thấy. Ánh sángnhìn thấy đượcnghiêncứu như là một chuyển động sóngthông thường với một số các biến đổingẫu nhên về cường độ.Một sự mô tả lý thuyếtlượng tử chi tiếtđược xemlà khôngcần thiết. Cho đến khi phát triển laze và các thiết bị tương tự, phần lớn các hiện tượng ánh sáng có thể được giải thích bằng lý thuyết cổ điển của Maxwell. Một ví dụ được chỉ ra trên hình 1atrongđó ánhsángđi qua hai khehở tạo ra mộthình ảnhtuần hoàn của cườngđộ trên một màn chắn.Nếu ánh sáng chỉ có một bước sóng (nghĩa là ánh sáng kết hợp), cường độ của nó nói chungbằngkhông ở các điểmcực tiểu của hình ảnh cườngđộ. Cần mộtsự mô tả thực tế hơn khixem xét ánhsángphát ra từ mộtbóng đèn. Các sóngánh sáng trongtrường hợpnày có tần số,bước sóng và phakhácnhau. Chúng tanhận thấy nguồnsángnhư bị ảnh hưởngbởi một nhiễu ngẫunhiên. Ánh sáng không kết hợp này cóthể đượcmô tả như trên hình 2b.Do đó,sự không két hợp làm cho hìnhảnh giao thoa trên hình1a ít khác biệt hơn. Trướcđây, phần lớn các nguồn ánh sáng dựa trên cơ sở sự bức xạ nhiệt và cần phải có nhữngcách sắp đặtđặc biệt để quan sát thấyhình ảnhgiao thoa. Điều này thayđổi khi sử dụng laze với ánh sángkết hợphoàntoàn. Lazevào những năm 60 củathế kỷ trước đã cung cấp cho chúngta nguồn ánh sángđặc trưng.Ánh sáng laze là đơn sắc và có thể mangnăng lượngcao. Nó có màu sắcxác định vàsự lệch pha không đổi theo thời gian và trong không gian. Cácnguồnsáng khác phát ra ánh sáng “khôngthuầnkhiết”theo nhiều cách khác nhau.Trong khiđó, nguồn sáng laze là nguồn sáng“thuầnkhiết”.Những tínhchấtđặc trưng củalaze rấtkhó hoặc không thể đạt đượcbằngcách khác khác ngoài việcsử dụng laze. Những tính chất này mở ra khả năng rất lớncho những phép đo chínhxác và những quansát. Chínhvì thế mà lazecó rất nhiều ứng dụng chẳnghạn như các ứng dụngtrong y học, thu và phátđĩa CD, DVDhoặc các phòng nghiên cứu.Tuy nhiên,để thiết kế những thí nghiệmkhácnhau với sự tham giacủa lazecần phải hiểubiết rõ về ánh sáng đồngpha. Nhà khoahọc RoyJ. Glauberđã đề nghị sử dụng thuyết lượngtử để mô tả ánh sáng laze. Từ công nghệ vô tuyến, người ta đã biết rõ bức xạ với một tần số vàpha xác định. Nhưngthực là khó hiểu néu coi ánhsángtừ mộtnguồn sáng nhiệt như làmột chuyển động sóng. Cóvẻ dễ dàng hơnnếu môtả sự hỗn độnbắt nguồntừ nó như là các photonphân bố một cáchngẫu nhiên. Roy J. Glaubercó nhữngcông trìnhnghiêncứu tiên phong khiáp dụng vật lý lượng tử cho các hiện tượng quanghọc.Năm 1963 ông đã thông báo các kết quả nghiêncứu của mình trongđó ôngđã phát triển một phương pháp nhằm sử dụng sự lượngtử hóa điện từ để hiểucác kết quả quansát quanghọc. Ôngđã đưara một sự mô tả phù hợpđối với sự dò quang điện (photoelectricdetection) nhờ lý thuyết trường lượng tử. Về sau, ông đã chứng minh rằng “sự bó (bunching)” mà R. HamburyBrownvà R. Twissphát hiệnra là một hệ quả tự nhiêntừ bản chất ngẫu nhiêncủa bức xạ nhiệt. Một chùm laze kết hợp hoàn toànkhông hề biểu thị cùng một hiệu ứng. Nhưng làm cáchnào để một dòng củacác photongồm cáchạt độc lập sinhra hình ảnhgiao thoa?Ở đâychúngta có một ví dụ về bản chấthai mặt của ánh sáng. Năng lượngđiện từ được phát ra trongcác hình ảnh giaothoa xácđịnh bởi quang học cổ điển. Những phânbố nănglượng theokiểu nàytạo thành cảnhquanmà các photoncó thể được đưavào trong đó.Chúng là những cáthể tách rời nhưng chúng cần phải đi theo nhữngcon dườngdo quanghọc chỉ ra. Điều này giải thíchthuật ngữ “quanghọc lượng tử”.Đối với các cường độ ánh sáng thấp, trạng thái sẽ được mô tả chỉ bởi một ít photon.Cácquan sát hạt riêng sẽ xây dựng lên các hìnhảnh của quanghọcsau khi quansát được mộtsố lượng đủ các quangđiện tử. Thayvì như trên hình1a, vật lýlượng tử sẽ mô tả hình ảnh giao thoa như trên hình 1b. Một đặc tính cơ bản của sự mô tả lượngtử lý thuyết đối với các quansát quanghọc là ở chỗ khiquansát thấy một quang điện tử, mộtphotonbị hấp thụ và trạngtháicủa trườngphotonbị thayđổi.Khimộtsố bộ dò cótươngquanvớinhau, hệ sẽ trở nên nhạy vớicác hiệuứng lượng tử và cáchiệu ứng nàythể hiện rõrệt hơnnếu chỉ có một ít photoncó mặt ở trongtrường.Sau đó, người ta đã thựchiện các thực nghiệm bao gồmmộtvài bộ dò quang và chúng hoàn toàn thoả mãn lý thuyết của Glauber. Công trình nghiên cứu năm 1963của Glauberđã đặtcơ sở chonhững phát triển tương laitronglĩnh vựcmới là quanglượng tử.Một điều sớm trở nên rõ ràng là những phát triển kỹ thuật làmchoquang lượng tử cần phải sử dụng sự mô tả lượng tử mới đốivới các hiện tượng. Một hiệu ứngcó thể quansátđược về bản chất lượngtử của ánh sáng làsự đối lập của “sự bó” đã đề cập trênđây màcác photonthể hiện. Nó được gọi là “sự phản bó(anti-bunching)”. Thựctế là trong một số trường hợp,các photontạo thành trong các cặp không thường xuyên hơn như trong một tín hiệu ngẫu nhiên thuần túy. Các photonnhư thế xuất phát từ mộttrạngthái lượng tử mà nó không thể được môtả theo bất kỳ cách nàobằng các sóng cổ điển. Điều này là domột quá trìnhlượng tử có thể sinh ra một trạng thái trong đó các photon đượctách biệt rõ rệt vàđiều đó ngược lại với cáckét quả của một quá trình ngẫu nhiên thuần túy. Các hiệu ứng lượngtử thường có rất ítứng dụngkỹ thuât. Trạng thái trường được lựachọn saocho nó có thể đưa ra các tính chất biênđộ và phađịnh rõ. Trong các phép đo phòng thí nghiệm,sự bấtđịnh của vật lý lượng tử hiếm khi thiết lập giới hạn. Nhưng sự bất định mặc dù tồn tại nhưngnó xuất hiệnnhư một biến đổi ngẫu nhiên trong cácquan sát.“Sự nhiễu lượng tử” này thiếtlập giới hạn cơ bản đối với độ chính xác của các quansát quang học. Trong các phép đo tần số với độ phân giải cao, các bộ khuếch đại lượng tử và các chuẩn tần số, sự nhiễu này cuối cùng chỉ dobản chất lượng tử của ánh sáng mà nó thiếtlập một giớihạncủa độ chínhxác mà các dụng cụ thí nghiệm của chúng ta có thể đạt được. Hiểu biết của chúngta về các trạngthái lượng tử cũng có thể đượcsử dụng một cách trựctiếp. Chúng ta có thể đạt được các ứng dụng kỹ thuật hoàn toàn mới của cáchiện tượnglượng tử chẳng hạnnhư bảovệ antoàncác thôngđiệp trong công nghệ viễn thông và xử lý thông tin. Lịch sử chứng minh rằngcác nhà khoa họcpháthiện ra cáchiện tượng và cấu trúcmới saukhi nângcao độ chính xác củaphép đo. Một ví dụ tuyệt vời là nghiêncứu phổ nguyên tử mànó nghiêncứu cấu trúc của các mức nănglượng trong các nguyên tử. Việc nâng cao độ phân giải đemlại cho chúng ta một sự hiểu biết sâu sắc hơn cả cấu trúc tế vi của nguyên tử lẫn tính chất của hạt nhân nguyên tử. Quang phổ mà trườnghợp đặc biệtlà quangphổ laze cho phép quan sát đối tượng dựa trên cơ sở ánh sáng phát ra hoặc phản xạ từ đối tượng đó. Đôi khi, đó là cách duynhấtđể tìmhiểu đối tượngnhất là khiđối tượngở quá xa chẳng hạn như các thiên hà hoặc đối tượng quánhỏ bé chẳng hạn như các nguyên tử. Sự phát triển của quangphổ laze kéo theo sự phát triển của các ngànhkhoa họckhác thậm chí sinhra một số ngànhmới chẳng hạn như ngành tinhọc lượngtử. John L.Hall và TheodorW. Hansch đã tiếnhành nghiên cứu phổ chính xác trên cơ sở laze trong đó đặc biệtlà kỹ thuật lượctần số quang. Tiến bộ tạo ra trong lĩnh vựckhoa họcnày có thể đemlại chochúng ta sự khôngtưởng trướcđây về khả năng nghiên cứu các hằngsố của tự nhiên,phát hiện sự khác biệtgiữa vật chất và phản vật chất và đo đượcthời gianvới độ chính xác không thể vượtqua được. Những kỹ thuậtlaze chính xácsẽ cải thiện đáng kể hệ thốngthông tin liên lạcvà định vị toàn cầu. Điều quan trọng hơn cả là nhờ những phép đo chính xáccao mà chúng ta có nhiều thôngtin cơ bản về cấu trúc của thế giới. Chẳnghạn chúng ta có thể chụp ảnh từng nguyên tử với độ chínhxác rất cao và điều đó có ý nghĩa rất lớn trong việc tìm hiểu bímật củachúng. Độ nét của nhữngbức ảnhnhư vậy có thể đạt được nhờ vào việc gửi đi nhữngxung cực ngắn.Điều đó giúp cho chúng ta có thể ghi lại từnggiai đoạn củanhững phảnứng phứctạp xảy ratrongnhững khoảng thời gian cựcngắn. Gần đây Hall và Hansch còn khởi độngđượcchiếc đồnghồ laze và nhờ đó họ có trong tay một dụng cụ đo lườngrất chính xác. Nghiên cứu phổ chínhxác dã đượcpháttriển khi Hallvà Hansch cố gắng giảiquyết một số vấn đề khá tường minhvà dễ hiểu dưới đây. Vấn đề xác định chiều dài chính xác của 1 métminh họa mộttrong các thách thức donghiêncứu phổ lazeđề xuất. Hội nghị thế giới về cân đo mànó có quyền quyết định về các định nghĩa chính xác từ năm1889 đã từ bỏ thanh đo bằng vật liệu tinhkhiết vào năm 1960. Bằng cách sử dụng các phépđo phổ, định nghĩa của mét trên cơ sở nguyên tử được đưa ranhư sau:1mét đượcđịnh nghĩanhư là một số bước sóng nhất định của một vạch phổ nhất định trong khí trơ krypon.Một vài năm sau,người ta đuara định nghĩa củagiây cũng trên cơ sở nguyên tử như sau: 1 giây là thời giancủa một số dao động nhất địnhvới tần số cộng hưởngcủa một sự chuyểntiếp riêng trong xesi. Thời gian này đượcxác định bởi cácđồnghồ nguyên tử trên cơ sở xesi. Các định nghĩa nói trên tạo ra khả năng xác định vận tốc ánh sáng như là tích của bước sóng và tầnsố. John Hall là mộtgương mặt hàngđầu trongcác nỗ lực đo vậntốc ánh sáng bằngcách sử dụngcác lazevới sự ổn địnhtần số cực kỳ cao. Tuy nhiên, độ chính xác của phép đovận tốcánh sángbị giớihạn bởi địnhnghĩacủa méttrên đây. Do đó, năm1983vận tốc ánh sáng được xác địnhchính xác là299792458 m/ s và giá rị này phùhợpvới các phép đo tốtnhất. Vì thế, 1 mét là khoảng cách mà ánhsáng đi đượctrong1/ 299 792458 s. Tuy nhiên, việc đo các tần số quang khoảng chừng10 15 Hz là cực khódo đồng hồ xesicó các dao động thấp hơn khoảng 10 5 lần. Người ta sử dụng một dãy dài gồm cáclaze cóđộ ổn định cao và các nguồn vi sóng để khắc phục vấnđề này. Việc sử dụng định nghĩa mới của mét trongthực tế ở dạng củacác bước sóngchính xác còn là một vấnđề khó giải quyếtvà xuất hiện một nhu cầu hiểnnhiên về việc cần có mộtphươngpháp đơngiản hóa để đo tầnsố. Song songvới các sự kiện này làsự phát triển nhanh chóngcủa laze như là một thiết bị nghiên cứu phổ phổ biến.Người ta đã phát triển các phương pháp nhằmloại trừ hiệu ứng Dopplervìnếu khôngnó sẽ dẫn đến các đỉnhrộng hơnvà nhậndạng kém ở trong phổ. Năm1981 N. BloembergenvàA.L.Schawlowđã được trao tặngGiải Nobel Vậtlý do đóng góp của họ cho sự phát triểncủa nghiên cứu phổ laze.Điều này trở nên đặcbiệt lý thúvì có thể đạt đượcmức độ chính xác cực cao vàcho phépgiải quyếtcác câuhỏi cơ bản liên quanđếnbản chất củathựctế. Hall vàHanschmở đầucho quá trình này thông qua việc phát triển các hệ laze có sự ổnđịnhtần số cựccao vàcác kỹ thuật đo hiệnđại. Điều đó có thể làm sâu sắc hơnsự hiểu biếtcủa chúngta về các tính chất của vật chất, không gian và thời gian. Việc đo các tầnsố với độ chính xác cực cao đòi hỏi mộtlaze mànó phát ra một số lớn các dao độngtần số kết hợp.Nếu cácdao động vớitần số khác nhau một chútnhư thế đượcliên kết đồngthời vớinhau, chúng ta sẽ có cácxung cực ngắn sinhra bởi sự giao thoa. Tuy nhiên, điều này chỉ xảy ra nếu cácdạng dao động(mốt (mode))khácnhau bị khóa lại với nhau trong cái gọi là sự khóamốt (mode-locking)(xem hình 3). Các dao độngcó thể bị khóa càngkhácnhau thì các xungcàng ngắn. Một xungdài 5 fs (fs làfemto giây và 1fs = 10 -15 s tứclà 1 fs bằng một phần triệu tỷ của 1 giây)khóa khoảng một triệu tần số khác nhau mà nócần để bao trùm một phần lớn khoảng tần số ánh sáng nhìn thấy. Hiện nay, điều nàycó thể đạt đượctrong môitrườnglaze chẳnghạn như thuốc nhuộm(dye) hay tinh [...]... số lớn các mốt tần số sắc nhọn và phân bố bằng phẳng luôn luôn chiếu sáng! Một ít ánh sáng được giải phóng ra như một đoàn tàu (train) của các xung laze đi qua gương trong suốt một phần ở một đầu Do các laze tạo xung cũng phát ra các tần số cao, chúng có thể được sử dụng cho nghiên cứu phổ laze có độ phân giải cao Hansch đã làm cho điều đó trở thành hiện thực từ cuối những năm 70 của thế kỷ XX và ông... nếu cần đo một tần số chưa biết Nhằm mục đích này, Hansch đã phát triển một kỹ thuật trong đó tần số cũng có thể được làm ổn định nhưng bài toán không được giải quyết một cách đơn giản trên thực tế cho đến khi Hansch và các cộng sự đưa ra một lời giải vào khoảng năm 2000 Nếu lược tần số có thể được tạo ra rộng đến mức các tần số cao nhất cao gấp đôi so với các tần số thấp nhất (một octa (octave) của... các thử nghiệm chính xác về thuyết tương đối Cũng có thể có các ứng dụng trong viễn thông Độ chính xác được nâng cao trong các phép đo cũng có thể được sử dụng trong nghiên cứu mối quan hệ giữa vật chất và phản vật chất Người ta đặc biệt quan tâm đến hyđrô Khi phản hyđrô có thể được nghiên cứu về mặt thực nghiệm giống như hyđrô thông thường, chúng ta có thể so sánh các tính chất phổ cơ bản của chúng... laze cao chưa biết bay giờ có thể đo được bằng cách quan sát sự giao thoa (beat) giữa tần số này và răng gần nhất trong lược tần số Sự giao thoa này sẽ xảy ra trong một khoảng tần số vô tuyến dễ quản lý Điều này tương tự với thực tế là sự giao thoa giữa hai âm thoa có thể nghe được ở một tần só thấp hơn nhiều so với các âm riêng Các kỹ thuật lược tần số gần đây đã được mở rộng cho khoảng tần số ánh... lược tần số là ở chỗ việc điều khiển pha ánh sáng mà kỹ thuật này cho phép cũng có tầm quan trọng đặc biệt trong các thực nghiệm với các xung femto giây cực ngắn và trong tương tác cực mạnh giữa laze và vật chất Các siêu âm cao phân bố bằng phẳng về tần số có thể bị khóa pha (phaselocked) với nhau và bằng cách đó các xung atto giây (as và 1 as = 10-18s) riêng biệt có độ dài khoảng 100 as có thể được sinh... của octa (xem hình 3): 2fn- f2n= 2(nfr+ f0) - (2nfr+ f0) = f0 Có thể tạo ra các xung thuộc loại này với một khoảng tần số đủ rộng trong cái gọi là các sợi tinh thể photon (photonic crystal) mà trong đó vật liệu bị thay thế một phần bởi các kênh chứa đầy không khí Một phổ rộng của các tần số có thể phát sinh bởi ánh sáng trong các sợi này Hansch và Hall cùng các cộng sự sau đó đã hoàn thiện các kỹ thuật . GIẢI NOBEL VẬT LÝ 2005 Giải NobelVật lý năm 2005 ược trao cho công dânMỹ Roy J. Glaubertại Đại học Harvard(Cambridge, bang Massachusetts, Mỹ) “do đóng góp của ôngcho lý thuyết lượngtử. đoạt Giải NobelVật lý năm 2005có thể giải đáp cáccâu hỏi nói trên. Vào cuối thế kỷ XIX, cácnhà khoahọc tin tưởng rằng cáchiện tượng điệntừ có thể giải thích được bằng lý thuyếtcủa nhà vật lý ngườiXcốtlenJames. Feynman (đoạt Giải NobelVật lý năm 1965)phát triển điện độnglực lượng tử (QED). Lý thuyếtnày trở thành lý thuyết chínhxác nhất trong vật lý và là trungtâm cho sự phát triển vật lý hạtcơ bản.