Vật chất ở thể mới: vật chất toán học pps

Vật chất ở thể mới: vật chất toán học Chúng ta đã có chất rắn, chất lỏng, chất khí, dạng huyết tương và thể Bâuxơ-Anhxtanh. Có vẻ như thời điểm chúng ta phát hiện ra dạng vật chất chủ - một dạng mới của vật chất – dựa hoàn toàn vào toán học, đã đến. Nils Bass,nhà toán học tại Đại học Khoahọc và Kĩ thuật Nauyở Trondheim đã phát hiện ra một phương thức mới để các thành phần vật chất liên kết với nhau. Ông đã phát hiện điều này khinghiên cứu lĩnh vựchình dạnghọc – ngành khoa học về tính chất của vậtchất màcác vật thể có chung nhờ vào hình dáng của chúng. Nó liên quan tới các hình dạng đa dạng của vậtchất khi chúng ta nén hoặc uốn chúng. Vídụ, một chiếc bánhrán vàmột chéntrà có chung hình tròn, thuật ngữ chuyên môn gọi là cùng hình dạng học. Chúng ta cũng có thể nặn cái bánhrán thànhhình chén trà nếumuốn. Bassđang nghiên cứu vòng Brun – tậphợp các vòng tròn đượcliên kết với nhau nhưngsẽ bị tách ra nếu chỉ một vòng tròn bị tách. Tiêu biểu nhất của loại liênkết này làvòng Borôm. Cứ haitrong ba vòng lại nối vớinhauở một đầu, và cắt một vòng thôi sẽ phá vỡ tất cả liên kết. Basschỉ rarằng rấtnhiều kiểu liên kết có thể được hìnhthành theo cách này. Không chỉ là có bốn, năm thànhphần hay nhiều hơn, mà sự liên kết của nhiều tổ hợp liên kết này với nhaucũng theo kiểu Bruntạo ra cái mà Bass gọi là “Siêu cấu trúc”. Năm 1970, VitanyEfimov tiên đoánliên kết ba Borôm cóthể được phản ánh trong tự nhiên ở dạng nhóm ba yếu tố chưa được pháthiện ngày ấy. Những nhóm như vậy gần đây đã được tìm thấy trong vật lý. Năm 2006,“Trạngthái Efimov” đượctìm thấy ở khí nguyên tử xezi siêu lạnh: mỗi Vòng Borôm (dưới, trái) và Brun (dưới, phải)được liên kết theo kiểu chỉ cắt một phần,toàn bộ vòng sẽ bị tách rời. Tác độngvào mộtmặt của vòngBrun để tạora một hình chữ C, những chữ C này liên kết với nhau để tạo ra “siêu cấu trúc” phức tạp (dưới, to). Nếu các hạt được kết nhóm theo cách này, chúng sẽ thể hiện những tính chất chưa từng được biết tới từ trước đến nay. nguyêntử nối vớitừng nguyêntử còn lại, và tháo một mối nối thì tất cả liên kết tan rã. Năm 2010,các nhà nghiên cứu Nhật Bảntìm thấyvòng Borôm ở liên kết giữa các nguyêntử lượng tử. “Những cấu trúc này phục vụ như một công thức chonhững gì chúng ta có thể tạo ra ở thế giới”, Bassnói. Nhưng siêu cấutrúc phức tạp của Basscó một sự khác biệt căn bản về hình dạng học với tất cả những thứ ở trong tự nhiên. Nếu những nhómhạt đượccấu trúc theo cách này, chúngsẽ tạo ranhững dạng vật chất mà chúngta chưa từngthấy. Bass giảng giải: “Khi chúng ta đạt tới một cấp độ cao hơn, một thứ hoàntoàn mới xảy ra một cáchđơn giản toánhọc – và tôi cho rằng điều này cũng sẽ xảy ra trong thế giới thực”. Bass đã kết hợp với Ned Seemancủa Đạihọc Newyork để tìm cách tạo rasiêu cấu trúc.“Toán học có vẻ là một nhà dự báo tốt của tự nhiên”, Seeman– người tổng hợp vòng Borôm từ các đoạn ADNnăm 1997chia sẻ.“Chúng tôi nghĩ rằng việc này sẽ thành công”. Bass có đầy đủ những con đườngđể hướngtới, baogồm những khám phácăn bản của thuyết lượng tử. Khi cáchạt tương tác vớinhau,kể cả khiđã bị phân tách, chúng đươc tổnghợp tỉ mỉ trong một quá trình lượng tử gọi là “kết rối”. Nếu các hạt liên kết với nhautheokiểu vòngBrun phức tạp, kể cả khi đã bị tách ra chúng vẫn cóảnh hưởngđến nhau.Điều này, Basscho hay, mở ranhữngkhả năng mới để tạo ra những liênkết ma kiểunhư những con rối bị điều khiển bằng dây. “Một khi(những liên kết này) được chỉ ra, chúng tacó thể quay lại và tìm chúngở phươngtrình Sờ-ko-đing-gơ.”– phương trình miêu tả toán học của thuyếtlượng tử, Bassdự đoán. Từ đó, có thể tạo ra những trạngthái lượng tửmới tại các phòng thí nghiệm. Điều đó đến lượtnó lạimở ranhững phương thứcmới để sản xuấtmáytính lượngtử siêu mạnh – thaotác với thông tin đượcmang trong trạng thái lượng tử của hạt. Những thông tin lượng tử như vậy có thể ở nhiều trạng thái trong cùng mộtthời điểm, vì thế máy tínhlượng tử có thể thực hiện một lượng khổng lồ các phép tính cùng lúc. Chất phóng xạ polonium Ít người biết đến chất phóng xạ polonium cho tới khi được tin cựu gián điệp Alexander Litvinenko bị ám hại. Nguồn gốc của polonium Nguyên tử polonium dohai vợ chồng Pierrevà Marie Curiekhámphá năm 1898. Lúc đó MarieCuriechỉ làmột nữ sinh cộng tácvới chồng, một nhàkhoa họcđã nổi tiếngrồi. Chuyện poloniumđược xác định một cách ngẫu nhiên đáng được biểu trưng để làm gương cho cácnghiên cứu sinhi. Năm 1896,mộtnăm sau khi Pierre vàMarie Curie kết hôn, William Röntgen khám phá ra tiaX vàHenri Becquerel nhận thấy uraniumlà phóngxạ tự nhiên. Đựơc tin này, Mariequyết định chọn phóng xạ làm đề tài nghiên cứu.Thời đó chưa có nguồnphóng xạ nhân tạo nên Pierre và MarieCurie phải chiết uraniumtừ quặng pitchblende. Sau khichiết hết uraniumtừ quặng pitchblende thìhai vợ chồng nhận thấyrằng hãy còn một chất liệu nào đó phát xạ. Họ tiếp tục phântích quặng pitchblende và phát hiện ranguyên tử polonium có hoạt tính mạnh hơn400 lần uranium.Để tưởng nhớ đến nước mẹ đẻ của MarieCurie,nước Ba-lan,nguyên tử mớinày được đặt tên là polonium. Sau khichiết hết poloniumrồi, Pierrevà Marie Curielại khám pháthêm một nguyên tử khác, nguyên tử radium,có hoạt tínhcòn mạnhhơn nguyên tử polonium, mạnh tới 900 lần uranium. Nói rằngPierre vàMarie Curiemay mắntình cờ khám phá rapolonium và radium là sai.Không có khám phá khoahọc nào là hậu quả của sự ngẫu nhiên cả. Để có những nguyên tử uraniummà nghiên cứu phóngxạ, nữ sinh Marie Curie đã phải chiết uranium từ quặng pitchblende. Đây là mộtviệc rất vấtvả. Bà đã xử lý đến cả tấn pitchbende để chiết ra được cóvài cân uranium.Thấy Marie làm việc khổ sở quá, Pierre đã phải giúptay cô vợ mới cưới. Một khi có số lượng uranium đủ để khởi đầu nghiên cứu về phóng xạ, Pierrevà Marie có thể bỏ qua nhận xét hãy còn "cái gì đó" vẫn phát xạ trong quặng.Nhưng vì muốn tìm hiểu "cái gì đó"là gì mà haivợ chồng đã khám phá rapoloniumrồi radium.Nhờ cônglao cần cùvà ý chí tìm hiểu đó chứ không phảinhờ may rủi mànăm 1903Marie Curie trở thành phụ nữ đầu tiên mang học vị tiến sĩ tronglịch sử ngành đại học Phápvà là người đầu tiên,trong cả namlẫn nữ,nhận hai giải thưởng Nobel. Poloniumlà một nguyên tử hiếm đếnnỗi không cóthể phát hiệnđược với những máy đo nhạy nhất.Trong mộttấn quặng pitchblendechỉ cóchưa tới100 micro- gram.Để có đủ poloniumđáp ứngnhu cầu của kỹ nghệ hạt nhân, người ta phải sản xuấtthêm poloniumbằng haicách. Phương pháp thứ nhất là bắn hạt neutronvào những nguyên tử bismuth.Nhờ có thêmmột neutron, đồng vị bismuth Bi209 trở thành đồngvị bismuthBi 210. Đồng vị Bi 210 khôngổn địnhvà mau chóng phát ra một tia bêta để trở thành đồngvị polonium Po 210. Phương pháp thứ hai làdùng một máy tăng tốcđể bắn hạtproton vào những nguyên tử bismuth.Nhờ có thêm một proton, đồng vị bismuth Bi209 trở thành đồng vị poloniumPo 210. Những đặc tính và ứng dụng của polonium Poloniumtự nhiên sinh ra từ chuỗi phânrã uranium. Trong số những nguyên tử của bảng Mendelev,poloniumlà nguyên tử có nhiều đồng vị nhất : 25đồng vị. Ngườita xác định được những đồng vị đó từ Po194 đến Po 218. Nhưng chỉ có tỷ trọng đồngvị poloniumPo 210 là đángkể ii.Tất cả các đồng vị polonium này đều phátxạ alphanghĩalà tự nhiênbắn ra ngoài một ion helium. Ở nhiệt độ thườngthì poloniumở dưới dạng alpha, nghĩa là những nguyên tử sắp xếp theo tinh thể hìnhkhối. Đây là trường hợp duy nhất một thể rắn có dạngtinh thể hình khối mà khônglồng với nhau. Ở nhiệt độ trên 38° C thìtinh thể chuyển sang hìnhthoi. PoloniumPo 210có nửa đời 138ngày,nghĩa là hoạt tính giảmđi một nửa sau 138 ngày. Khi phânrã, polonium Po210 biến thành đồngvị chì Pb 206,một đồngvị ổn định không phátxạ. Mỗi hạt alphaphát ra từ phản ứngphân rã đó có nănglượng bằng5,407 MeViii. Đây là mộtcông suất rất cao làm cho hoạttính củamột gram poloniumlên tới 140watt.Côngsuất đó mạnh đến nỗi một cục poloniumlúc nào cũng nóng và khí quản xung quanh bị khích thích gây nên mộthào quang mầu xanh. Nhờ có thể làm nóng những vật liệu xungquanh, poloniumđược dùngđể làm nguồnnhiệt giữ ấm những linhkiệncủaphi thuyền vũ trụ và vệ tinh nhân tạo. Phóng xạ của poloniumcó thể làm nóng một kim loại có tính nhiệt điện vàsinh ra điện. Áp dụng đặc tính đó, polonium đã được dùng làm pin phát điện chonhững phi thuyền vũ trụ,nhữngvệ tinh nhân tạo. Ngày xưa có máy điều hòa nhịp tim chạybằngpin polonium. Khi trộn poloniumvới berylliumthìhạt alpha do poloniumphát ra làmvỡ hạt nhânberyllium vàsinh ra neutron. Ngườita dùng đặc tính này để làm nguồn neutron gây nên phản ứng phân hạchđầu tiên cho những lò hạt nhân. Người ta cũng dùng đặc tínhnày để châm ngòi bom nguyên tử. Ngày xưa người ta định dùng tính tĩnh điện củapolonium để pha với những chất phụ gia cho nhiều ứng dụngnhư là sơn, lông chổi,…Nhưng vìpolonium rất độc hại nên nhữngứng dụng này đã bị cấm. Độ rủi ro của polonium Như mọi chất phóngxạ, polonium rấtnguy hiểmcho sức khỏe con người.Vì hoạt tính phóng xạ cao nên rất độc hại nếu để polonium xâm nhập vào cơ thể. Nếu hấp thụ vàocơ thể polonium sẽ phát xạ alphado đó gây nên bệnhbạchcầuhay những ung thư khác. Để so sánh, với cùng một trọng lượng, poloniumđộc hạihơn một triệulần hydrogen cyanide, chấtthường dùng để đầuđộc người khác. Một lý do nữa polonium đặc biệt nguy hiểm lànửa đời sinh học của nó khá dài, khoảng 50 ngày iv. Nhưng cũngphải nói rằng polonium chủ yếuchỉ phát những tia alpha, mà tia alpha bị ngăn chặn bởi vài centi-mét khôngkhí. Vì thế, nếu không tiếp cận sát gần một nguồnpoloniumthì khôngbị nhiễm xạ. Nguycơ vô tìnhhấp thụ chất phóng xạ poloniumgần như là không có. Poloniumkhông khuếch tánqua màngda. Vậy poloniumchỉ có thể xâm nhập cơ thể qua hô hấp hayăn uống. Nhưng, như viết ở trên,polonium ở ngoài thiên nhiên rấtít. Còn poloniumnhân tạo thì kỹ nghệ hạt nhânchỉ sản xuất khoảng 100 gram mỗinăm, đủ để châm những lò phản ứng hạt nhânmới xây. Với số lượngđó xác xuất hấp thụ poloniumnhân tạo tỏara ngoài trời thực khôngđángkể. Nguồn rủi ro tự nhiên của poloniumlà thuốc lá. Người ta dùngphân bónphosphat để bón cây. Quặng phosphatcó vết uranium. Uraniumphân rã thành radon. Khi bón câybằng phânphosphat thì cây hấpthụ nhữngnguyên tử radon. Radon phân rã thành polonium.Điều nàykhông nguy hại gì vì,như nói ở trên, hàm lượng poloniumtự nhiên không đáng kể và cơ thể sẽ mauchóng trụcxuất chất này sau khi chúng ta ăn rauquả. Nhưngkhihút thuốc lá thìhơi nóng được hít vào trong người. Hơi nónglàm nhữngnguyên tử radonvà polonium tách ra khỏi lá thuốc, dẫn chúngvào cơ thể để chochúngbám vào cổ họng vàphổi. Sau đó,chúng sẽ khôngra khỏi cơ thể nữa và liên tục phátxạ. Mặc dù lượng polonium hít vào người rất ít, nhưng hút thuốc trongmột thời gian lâu thì cũng tích lũy một khốilượngđủ để mắc bệnh ungthư. Theo cácbác sĩ Mỹ, đó là nguyên nhân của 90 phần trăm ung thư người nghiệnthuốc lá. Theo chúng tôi được biết,trong lịch sử ngành phóngxạ, có hai nhà bác học bị tai nạn hấp thụ polonium.Đó là tiến sĩ Irene Joliot Curie, con gái của Pierrevà Marie Curie,vợ và cộng sự viên của Frederic Joliot Curie,và giáo sư DrorSadeh, thuộc WeizmannInstitute.Vào cuối những năm 50 của thế kỷ trước, hình như cómột bác sĩ Nhật đã cố ý uống một liều polonium để tự sát haythử nghiệmtrên chính mình hậu quả củaphóng xạ. Vụ ám sát Alexander Litvinenkolà vụ ám hại bằng chất phóngxạ đầu tiên được biết đến. Khônghiểu vì sao sát-nhânchọn nghi-thức này. PMC . Vật chất ở thể mới: vật chất toán học Chúng ta đã có chất rắn, chất lỏng, chất khí, dạng huyết tương và thể Bâuxơ-Anhxtanh. Có vẻ như thời điểm chúng ta phát hiện ra dạng vật chất chủ. mới của vật chất – dựa hoàn toàn vào toán học, đã đến. Nils Bass,nhà toán học tại Đại học Khoahọc và Kĩ thuật Nauyở Trondheim đã phát hiện ra một phương thức mới để các thành phần vật chất liên. khinghiên cứu lĩnh vựchình dạnghọc – ngành khoa học về tính chất của vậtchất màcác vật thể có chung nhờ vào hình dáng của chúng. Nó liên quan tới các hình dạng đa dạng của vậtchất khi chúng ta nén hoặc