Đang tải... (xem toàn văn)
Các nhà vật lí nghĩ rằng cách duy nhất để làm được việc này là làm cho vận tốc pha của ánh sáng trên quang trình bên trong vô hạn bằng cách sử dụng một siêu chất liệu có giá trị hằng [r]
(1)BẢN TIN VẬT LÍ THÁNG 9/2007
hiepkhachquay thực
Tài liệu download http://www.thuvienvatly.com
(2)Tiết lộ kế hoạch chế tạo transistor đơn photon
Các nhà vật lí Mĩ Đan Mạch vừa tiết lộ kế hoạch chế tạo dụng cụ giống transistor hồn tồn quang tính bật mở photon đơn độc Dụng cụ – đến chưa chế tạo – gồm nguyên tử đơn độc điều khiển qua photon riêng lẻ truyền dọc theo dây nano mỏng Transistor đơn photon thuộc loại ngày dùng để chế tạo máy dò photon hiệu suất cao, hệ thống truyền thơng quang, máy tính lượng tử (Nature Physics doi:10.1038/nphys708)
Thường khó sử dụng photon đơn độc từ chùm ánh sáng để điều khiển chùm khác photon tương tác với Các nhà vật lí tin phương pháp làm cho photon tương tác với “đông lạnh” chúng vào không gian nhỏ xíu chấm lượng tử hay nguyên tử đơn độc hộp quang Đông lạnh photon cần thiết làm mạnh thêm trường điện từ chúng, làm tăng hội cho chúng tương tác với
Mikhail Lukin nhà vật lí mời đến trường đại học Harvard, với đồng nghiệp Viện Niels Bohr Copenhagen, vừa đề xuất phương pháp thực việc cách tập trung photon vào dây nano kim loại nhỏ xíu Ở đây, chúng chuyển hóa thành plasmon mặt – dao động electron dẫn – truyền dọc theo dây nano Quá trình tương tự gởi sóng vơ tuyến dọc theo sợi cáp đồng trục đông lạnh photon vào khơng gian nhỏ bước sóng chúng
Tương tác plamon mặt đơn với phát đơn độc Biểu đồ a (trên): Bộ phát hai mức tương tác với dây nano Hai trạng thái ghép đôi qua mode plasmon mặt với cường độ g Biểu đồ b (dưới):
Giản đồ photon tới đơn độc bị tán xạ khỏi phát gần cộng hưởng Tương tác dẫn tới trường phản xạ trường truyền qua có cường độ tính tốn xác
(3)bằng cách bắn photon đơn độc khác hay xung laser bình thường lên nó, làm cho trạng thái kích thích bị phá vỡ
Theo Lukin, tiện lợi việc sử dụng dây nano – hộp quang – để đông lạnh photon dụng cụ dây nano hoạt động ngưỡng bước sóng rộng, hộp quang bị điều chỉnh hoạt động tần số định
Các nhà nghiên cứu tin ngày dụng cụ sử dụng làm máy dò đơn photon hiệu truyền thông quang học Họ dụng cụ đảm nhận vai trị cổng logic lượng tử sử dụng máy tính lượng tử Thách thức chủ yếu việc chế tạo dụng cụ thực tế gồm việc nhận ngun tử thích hợp ghép đơi mạnh với plasmon dây nano kết nối cáp sợi quang với dây nano để đảm bảo photon truyền vào khỏi dụng cụ
Lukin nói với physicsworld.com đội ông thử chế tạo dụng cụ phịng thí nghiệm ngun tử nhân tạo, ví dụ chấm lượng tử
Hamish Johnston, Belle Dumé (physicsworld.com, 4/9/2007)
Sự tuyệt chủng loài khủng long có liên quan tới va chạm thiên thạch Từ lâu, người ta biết vật thể lớn đâm sầm vào bán đảo Yukatan Mexico hồi 65 triệu năm trước, gây thảm họa mơi trường dứt khốt dẫn đến tuyệt chủng loài khủng long Nay nhà nghiên cứu Mĩ cộng hòa Czech vừa thực chương trình mơ máy tính cho thấy vật thể tạo hai thiên thạch va vào khoảng 160 triệu năm trước Vật thể nghi ngờ cho khối đá có chiều ngang 10 km đâm vào va chạm với Trái Đất (Nature 449 48)
Nhiều nhà khoa học tin miệng hố Chicxulub đường kính 180 km Mexico tạo khối đá khổng lồ đến từ vành đai thiên thạch Nằm Hỏa tinh Mộc tinh, vành đai thiên thạch chứa khoảng triệu vật thể có kích thước lớn km Một số thiên thạch tụ lại với thành họ, chúng đựợc tạo thiên thạch va chạm lẫn
Nay Bill Bottke đồng nghiệp Viện nghiên cứu Tây Nam Colorado, Mĩ, trường đại học Charles Prague, vừa phát họ thiên thạch khẳng định có 90% khả số chúng tạo miệng hố Chicxulub Được đặt tên họ thiên thạch Baptistina, đội nghiên cứu tin hình thành hai thiên thạch lớn đường kính khoảng 60 km 170 km va chạm khoảng 160 triệu năm trước Bốn chương trình mô khác xây dựng sở kiến thức vật lí va chạm chuyển động hành tinh sử dụng để lần tìm nguồn gốc chuyển động sau mảnh vỡ va chạm
(4)ra sau va chạm tốc độ 10 000 km/h Việc thực “mã hydro” dạng số trước vận dụng để lập mô vụ nổ Trái Đất, gồm vụ thử hạt nhân lịng đất Những mơ cho thấy phân bố kích thước mảnh vỡ va chạm – thơng tin sau sử dụng với số đo thành phần hóa học thiên thạch để xác định thiên thạch thành viên gia đình Baptistina
Ảnh minh họa va chạm hai thiên thạch hồi 160 triệu năm trước tạo họ thiên thạch Baptistina (ảnh trên) Các mảnh vỡ vụ va chạm đến hình thành nên
(5)Các mô Yarkovsky sau dùng chung với mơ hình mơ cách thức chuyển động thiên thạch bị ảnh hưởng va chạm với thiên thạch khác để xác định xem có mảnh vỡ lớn – kích thước km – bị đưa vào hành trình “thốt khỏi quản lí” vành đai thiên thạch Đấy vùng đặc biệt, lực hút hấp dẫn hành tinh gần, ví dụ Mộc tinh, đưa chúng vào quỹ đạo có khả tới va chạm với Trái Đất
Cuối cùng, đội nghiên cứu hướng ý vào chuyển động mảnh vỡ chúng qua cửa thoát đâm vào Trái Đất Việc thực chương trình máy tính thiết lập quỹ đạo mảnh vỡ cách xét đến lực hấp dẫn Mặt Trời hành tinh
Đội nghiên cứu tính hàng chục thiên thạch 10 km lớn bị đưa vào tình khỏi vành đai thiên thạch chúng bị đưa vào quỹ đạo va chạm với Trái Đất, với nhiều vật thể nhỏ Điều giải thích số lượng tương đối nhiều miệng hố Trái Đất hình thành kỉ Phấn trắng, từ 145 đến 65 triệu năm trước Đội nghiên cứu tin có 70% khả mảnh vỡ Baptistina lớn đâm sầm vào mặt trăng 108 triệu năm trước, tạo miệng hố Tycho rộng 85 km
Mối liên hệ họ thiên thạch Baptistina miệng hố Chicxulub củng cố thêm cơng trình nghiên cứu nhà địa chất, theo miệng hố Chicxulub hình thành tảng khổng lồ chondrite họ cacbon, loại chất phổ biến họ Baptistina
Bottke trình bày với physicsworld.com đội nghiên cứu áp dụng phương pháp họ vài vụ va chạm thiên thạch biết khác có liên quan tới miệng hố Trái Đất
Hamish Johnston (physicsworld.com, 5/9/2007)
Trái Đất sống sót Mặt Trời thành kềnh đỏ
Trong khoảng tỉ năm, Mặt Trời tiêu thụ hết nhiên liệu hydrogen phình to lên thành kềnh đỏ chốn đầy thể tích gấp 1000 lần trước co trở lại thành lùn trắng Không dám chắn liệu Trái Đất có đủ gần để bị nuốt chửng Mặt Trời phình to tránh thảm họa lửa hủy diệt Nhưng đội nghiên cứu quốc tế vừa phát hành tinh hệ mặt trời xa xơi vừa qua khỏi pha kềnh đỏ ngơi nó, quỹ đạo ban đầu tương tự Trái Đất (Nature 449 189)
(6)Một nghiên cứu Roberto Silvotti đến từ Đài quan sát thiên văn Capodimonte Naples, Italia, đồng nghiệp đến từ Mĩ, Israel, Đài Loan, thực cho thấy hành tinh quay xung quanh – cự lí gấp hai lần khoảng cách Mặt Trời đến Trái Đất, hay AU – qua khỏi pha kềnh đỏ Họ phân tích quan sát V391 Tegasi, kết thúc pha kềnh đỏ khoảng 100 triệu năm trước khi, thật khác thường, thổi bay “lớp vỏ” hydrogen cịn lại Ở trạng thái nó, ngơi “hạ lùn trắng loại B” V391 Pegasi nở co lại hợp helium thành cacbon lõi
Hình minh họa V391 Pegasi hành tinh quay quanh hồi 100 triệu năm trước, ngơi pha kềnh đỏ phình to
(7)sáng đến từ ngơi Nhưng họ nhận thấy 3,2 năm cực đại lại bị lệch giây sớm muộn hơn, cho thấy phải dao động kết lực hút hấp dẫn bạn đồng hành khối lượng thấp có chu kì quỹ đạo Với độ xác 97%, họ tính anh bạn đồng hành hành tinh lớn xấp xỉ 10 tỉ năm tuổi – hành tinh biết quay quanh hậu kềnh đỏ
Quỹ đạo hành tinh nằm khoảng cách 1,7 AU, nhà nghiên cứu ước tính trước pha kềnh đỏ, ngơi có khối lượng lớn hơn, quỹ đạo gần hơn, có khả vào khoảng AU Quỹ đạo Trái Đất cho tăng từ AU lên xấp xỉ 1,5 AU Mặt Trời dần khối lượng nó, đồng thời chuyển thành kềnh đỏ
Mặc dù có tương đồng, Solvetti nói khám phá khơng thiết có nghĩa tránh bị nuốt chửng giống hành tinh quay xung quanh V391 Pegasi Nhưng ông hi vọng khám phá khám phá số nhiều khám phá cho phép nhà vật lí dự đốn xác số phận Trái Đất
Tuy nhiên, cho dù Trái Đất thực tai qua nạn khỏi, lồi người phải đầu tư cho số biện pháp bảo vệ tác động Mặt Trời – nhà nghiên cứu nghĩ hành tinh ngơi V391 Pegasi có nhiệt độ khoảng 200oC
Jon Cartwright (physicsworld.com, 12/9/2007)
Kính hiển vi điện tử vượt qua ngưỡng nửa Angstrom
Chiếc kính hiển vi điện tử phân giải chi tiết nhỏ cỡ nửa angstrom (0,05 nm) vừa phát triển Mĩ Được gọi kính hiển vi điện tử truyền qua hiệu chỉnh quang sai, hay TEAM, thiết bị kết hợp tác công ti FEI Mĩ, Hệ thống Quang điện tử hiệu chỉnh (CEOS) Đức, Phịng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berbeley California TEAM, kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) kính hiển vi điện tử truyền quét (STEM) hợp làm một, cho phép nhà khoa học thu hiểu biết tốt cấu trúc động lực học vật chất mức độ nguyên tử
TEM hoạt động cách hội tụ chùm electron qua mẫu vật mỏng ghi hình ảnh lên máy dị mặt bên Những thiết bị dùng quan sát vật nhỏ xíu tốt nhiều so với kính hiển vi quang học, bước sóng electron ngắn nhiều so với ánh sáng STEM tương tự TEM, khác chỗ nguồn electron quét qua mẫu vật, cho phép ghi hình nhận dạng nguyên tử riêng lẻ
(8)một chất rắn Một rào cản phân giải hạ angstrom cầu sai, méo mó khơng thể tránh hình ảnh sử dụng thấu kính hình trụ làm hội tụ electron
Thiết bị TEAM xây dựng sở kính hiển vi Titan 80-300 S/TEM FEI, có bán thị trường từ năm 2005 TEAM đạt tới độ phân giải nửa angstrom công nghệ hiệu chỉnh quang sai CEOS thiết kế chế tạo thành đầu khảo sát kính hiển vi, bàn soi đặt vật vùng nằm mẫu vật máy dị electron Những cơng nghệ tích hợp với hệ hiệu chỉnh quang sai dùng thấu kính electron kính hiển vi
Ảnh TEM chụp TEAM cấu trúc “hình tạ” cặp nguyên tử germanium cách 0,14 nm Ảnh cho thấy khoảng cách bên ngun tử đo với độ xác cao Lát cắt cường độ dọc theo đường màu đỏ (góc phải dưới) cho thấy tương phản vùng hai nguyên tử germanium tạ so với mức tạ
(9)Theo Dominique Hubert, tổng điều hành chi nhánh NanoResearch FEI, việc đạt tới 0,5 angstrom thách thức đặc biệt, người ta thu thiết bị vừa làm TEM làm STEM Theo Hubert, điều yêu cầu nhà nghiên cứu phải vượt qua thách thức lớn việc thiết kế thiết bị tối ưu hóa để đảm nhận chức hai loại kính hiển vi
TEAM phát triển phịng thí nghiệm nghiên cứu phát triển FEI Oregon thiết đặt vào cuối năm Trung tâm kính hiển vi điện tử quốc gia Mĩ Phịng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley Nó đưa vào sử dụng quý ba năm 2008 để nghiên cứu cách thức nguyên tử kết hợp với hình thành nên vật chất mức độ tăng trưởng tinh thể vật liệu khác bị ảnh hưởng nhân tố bên ngồi Hubert trình bày với physicsworld.com công nghệ phát triển cho TEAM cuối sử dụng kính hiển vi Titan thương mại
Các nhà nghiên cứu phát triển TEAM muốn hiệu chỉnh sắc sai, quang sai gây electron có lượng khác kính hiển vi hội tụ vào điểm cách chút
Hamish Johnston (physicsworld.com, 17/9/2007)
“Máy gia tốc” mây dông làm phát chùm tia gamma
Các nhà vật lí Nhật Bản khẳng định có chứng từ trước đến cho thấy đám mây dơng hoạt động máy gia tốc hạt lượng cao hàng giây hay chí hàng phút liền Sử dụng dãy máy dò xạ lắp đặt lò phản ứng hạt nhân, đội nghiên cứu ghi bùng phát xạ gamma 40 giây dông bão lớn Theo nhà nghiên cứu, phân bố lượng xung xạ cho thấy xạ tạo electron gia tốc hiệu điện cao có mặt đám mây dơng (arXiv:0708.2947)
Các nhà vật lí biết thập kỉ qua tia gamma 10 – 20 MeV tạo đợt bùng phát mili giây bão điện Người ta tin đợt bùng phát xảy điện cao đám mây làm gia tốc electron đến lượng tới 35 MeV Những electron bị làm chậm lại va chạm với nguyên tử không khí, kết phóng thích lượng – tia gamma tạo electron bị nguyên tử làm lệch khỏi hành trình
(10)và xung có chứa xạ khác, ví dụ hạt tích điện, hay không, điều không rõ ràng
Nay, Harafumi Tsuchiya, thuộc Phịng thí nghiệm tia vũ trụ viện nghiên cứu RIKEN Nhật đồng sử dụng dãy máy dò nhạy hướng mà họ lắp đặt nhà máy điện hạt nhân phát đợt bùng nổ tia gamma 40 giây bão mạnh vào ngày 6/1/2007 Hệ thống họ nhà máy điện hạt nhân Kashiwazaki-Kariwa bờ biển Nhật Bản thiết kế để đo phân bố lượng, thành phần nguồn gốc xung mây dơng
Bằng cách phân tích phân bố lượng xung đó, đội nghiên cứu kết luận xung gồm tia gamma Sự định hướng máy dò họ cho phép đội nghiên cứu xác nhận xung đến từ bão tia gamma truyền khoảng cách ngắn bầu khí quyển, nên đội nghiên cứu kết luận xung tạo cách máy dị km ngắn
Vì tia gamma đến trước khoảng phút trước tia sét đến, nên Tsuchiya tin xung có khả tạo lượng điện cấu thành nên đám mây dông, lượng phóng thích dạng tia chớp Ơng nói thêm q trình bắt đầu với tia gamma qua đám mây làm ion hóa khơng khí, tạo electron, chúng gia tốc phía đám mây, nơi có điện tích dương Những electron tiếp tục làm ion hóa nguyên tử khác đường chúng, tạo dịng electron lượng cao
Tsuchiya nói bùng phát lượng MeV tập trung thành chùm chiếu lên diện tích nhỏ mặt đất, nên giải thích có q xung có thời gian tồn lâu quan sát thấy Đội nghiên cứu có kế hoạch xác nhận kết luận cách đặt nhiều máy dị xạ diện tích rộng
David Smith, nhà vật lí trường đại học California Santa Clara chuyên gia xung tia gamma khí quyển, đồng ý xung tạo máy gia tốc mây dông “Phổ trông giống với bùng nổ”, ơng nói Theo Smith, cần hàng triệu volt để tạo electron MeV trì liên tục đám mây hàng giây hay chí hàng phút chừng mà dòng electron chưa trở nên mạnh để làm đánh thủng điện giống thác dẫn đến tia chớp Smith thiết kế thí nghiệm chuyên chở máy bay để kiểm tra xem lóe chớp có xảy trước xung tia gamma hay khơng
(11)Thí nghiệm tìm thấy thành phần pi thiếu graphene
Các nhà vật lí Mĩ vừa khẳng định họ giải “bí ẩn thành phần pi cịn thiếu”, vấn đề làm nhiều nhà vật lí nghiên cứu graphene bối rối kể từ vật liệu đựợc phát minh vào năm 2004 Pi nghi vấn liên quan đến không quán độ dẫn graphene đo phịng thí nghiệm giá trị lí thuyết tiên đốn Đội nghiên cứu đo độ dẫn dọc theo graphene nhỏ xíu hàm điện đặt vào tỉ số chiều dài chiều rộng Kết cho thấy lí thuyết xác – với nhỏ có hình dạng định (Science 317 1530)
Graphene cưng nhà cơng nghệ nano học, dai, dễ chế tạo chất dẫn nhiệt dẫn điện tốt Trong thực tế chiều dày ngun tử khiến hệ lí tưởng dùng để khảo sát tính chất kì lạ thường xuất electron “hai chiều”
Có lẽ tính chất graphene xử vừa giống kim loại vừa giống chất bán dẫn Nếu đặt điện cực hai đầu graphene thiết đặt điện cổng qua bề mặt, độ dẫn điện dọc theo khác giá trị khác điện cổng – giống hệt chất bán dẫn Nhưng không giống chất bán dẫn, độ dẫn graphene không tiến tới không điện cổng giảm xuống giá trị định – tính chất giống với kim loại Tuy nhiên, trước đây, nhà vật lí cố đo độ dẫn cực tiểu này, họ tìm thấy có giá trị lớn lí thuyết tiên đốn pi lần
Trong số người lo lắng lí thuyết sai lầm, người khác tự hỏi khơng biết giá trị cực tiểu có liên quan tới hình dạng kích thước graphene hay không Nay Chun Ning Lau đồng trường đại học California, Riverside, chứng tỏ trường hợp cần giải vấn đề
Đội nghiên cứu đo độ dẫn cực tiểu 14 hình chữ nhật graphene khác nhau, với chiều rộng chiều dài nằm khoảng từ 300 đến 8000 nm Đối với mẫu có chiều dài nhỏ 500 nm, đội nghiên cứu phát thấy độ dẫn cực tiểu đạt tới giá trị lí thuyết chiều rộng hình chữ nhật gấp hai lần chiều dài Tuy nhiên, chiều rộng trở nên nhỏ giá trị này, độ dẫn lại tăng q giá trị lí thuyết Đội nghiên cứu tìm thấy dài 3000 nm, độ dẫn ln ln lớn giá trị lí thuyết, chiều rộng gấp hai lần chiều dài
Lau nói với physicsworld.com thí nghiệm cho thấy lí thuyết áp dụng cho graphene nhỏ, độ dẫn cực tiểu phụ thuộc vào hình dạng graphene
(12)tấm Ông nói với physicsworld.com cơng trình Lau “khép lại chương graphene”
Hamish Johnston (physicsworld.com, 14/9/2007)
“Tơ sợi” hình thành nên ngơi
Cách thức sao, thiên hà, cấu trúc vũ trụ khác hình thành buổi ban đầu phụ thuộc mạnh mẽ vào chất vật chất tối, theo khẳng định nhà vật lí Anh Bỉ Bằng cách mô tác động ban đầu vật chất tối “ấm áp” mà số nhà vật lí xem dạng phổ biến vật chất tối, nhà nghiên cứu nhận thấy đời đám “tơ sợi” khí nặng dày đặc – ngược lại quan điểm truyền thống nhà vật lí hình thành (Science 317 1527)
Như từ trước đến chưa khám phá ra, vật chất tối cho tồn thiên hà giữ lại với sức hút hấp dẫn khối lượng lớn khối lượng thấy qua kính thiên văn Các hạt vật chất tối “nóng bỏng”, có nghĩa chúng nhẹ nhanh, mơ cho thấy vật chất tối nóng khơng giải thích cách thức cấu trúc vũ trụ hình thành sau Big Bang Do đó, đa số nhà vật lí nghĩ hạt lạnh hay chuyển động chậm có khả hơn, chúng giải thích tốt tiến hóa vũ trụ Nhưng vật chất tối lạnh lại không phù hợp với mật độ quan sát thấy cấu trúc thiên hà định
(13)Tuy nhiên, vài năm qua, số nhà nghiên cứu theo đuổi khả vật chất tối ấm, chúng mang lại tiến hóa quy mơ lớn vũ trụ phù hợp tốt với quan sát cấu trúc có quy mơ nhỏ Nay Liang Gao trường đại học Durham Tom Theuns trường đại học Antwerp vừa thực mô số hình thành buổi sơ khai củng cố thêm lịng tin vào lí thuyết vật chất tối ấm
Theo lí thuyết vật chất tối lạnh, ngơi hình thành từ “vầng hào quang nhỏ” nằm đám mây khí vật chất tối cô lập – không giống ngơi thời kì chúng ta, chúng hình thành đám khí phân tử bên thiên hà Theo mô Gao Theuns, hạt vật chất tối loại ấm làm thay đổi tranh cho vầng hào quang nhỏ thay “sợi tơ” khí tích góp kéo dài thành vệt Những sợi tơ có khối lượng lớn – dài khoảng 9000 năm ánh sáng hay khoảng phần tư kích thước thiên hà
Các nhà nghiên cứu nói sợi to tạo số lượng lớn ngơi có khối lượng nhỏ tồn ngày hôm nay, theo thời gian chúng co lại hình thành nên lỗ đen siêu trọng mà phát nằm tâm thiên hà lớn
Jon Cartwright (physicsworld.com, 13/9/2007)
Phát lớp lớp bao Trái Đất
Các nhà vật lí Mĩ Pháp khẳng định có lớp trước chưa biết tới lớp bao tầng Trái Đất, trạng thái spin electron sắt đảo nhanh, gây thay đổi mật độ lớp bao Các nhà nghiên cứu phát “vùng chuyển trạng thái spin” cách đặt mẫu vật phịng thí nghiệm vật chất thuộc lớp bao tầng trước áp suất nhiệt độ cao Kết họ ảnh hưởng tới kiến thức cách thức sóng địa chấn truyền bên Trái Đất (Science 317 1740)
Nằm 650 2800 km bên bề mặt Trái Đất, lớp bao tầng chiếm nửa thể tích Trái Đất, chủ yếu cấu thành từ hợp chất chứa nguyên tố oxygen, magnesium silicon Tuy nhiên, có gần 5% sắt, chứa dạng hợp chất ferropericlase (một loại sắt-magnesium oxide) silicate perovskite (một loại sắt-magnesium silicate)
(14)Phịng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore đồng nghiệp đến từ viện nghiên cứu khác Mĩ Tổ hợp xạ Synchrotron châu Âu Pháp vừa cho biết chuyển trạng thái đột ngột chút
Hình cắt Trái Đất cho thấy, áp suất nhiệt độ tăng phía lõi Trái Đất, spin electron sắt chuyển trạng thái
Nhóm Lin đặt ferropericlase trước áp suất biến thiên đe kim cương nhỏ đồng thời làm nóng laser, lập biểu đồ trạng thái spin phổ phát xạ tia X Họ tìm thấy có vùng chuyển tiếp xác định trạng thái spin trao đổi, nằm độ sâu 1000 2200 km “Kết cho thấy xuất lớp bị giới hạn chuyển trạng thái spin, gọi vùng chuyển tiếp spin”, Lin nói Các nhà nghiên cứu cho silicate perovskite – nguồn phổ biến sắt lớp bao tầng – phải biểu vùng chuyển tiếp spin, họ chưa kiểm tra điều
Jon Cartwright (physicsworld.com, 20/9/2007)
Tiến việc bẫy nguyên tử
Các nhà vật lí Mĩ làm chủ việc bẫy hai ion nguyên tử riêng lẻ cách mét Hệ họ, hệ sử dụng photon làm bẫy từ xa cặp ion nguyên tử, đặt tảng cho việc chế tạo mạng thông tin lượng tử thực tế (Nature 449 68)
(15)ra cách đo giá trị qubit Mặc dù tính chất làm nảy sinh loạt ứng dụng, ví dụ mã hóa lượng tử, dụng cụ tương lai xoay quanh khả làm bẫy từ xa qubit mạng cách khoảng cách lớn
Các nguyên tử lí tưởng sử dụng để lưu trữ qubit chúng bền vững trước khoảng thời gian lâu dài, photon – truyền khơng bị nhiễu khoảng cách lớn – làm bẫy chúng Chris Monroe trường đại học Maryland người khác trường đại học Michigan chứng minh photon phát phía từ qubit nguyên tử riêng lẻ - sau chúng gặp đường – làm bẫy qubit từ xa
Trong thí nghiệm họ, hai ion nguyên tử bị bẫy cách mét điện trường kích thích vào trạng thái lượng cao xung ánh sáng laser Ngay tức thời sau đó, ion rơi trở lại hai trạng thái lượng riêng biệt đồng thời phát photon có tần số tương ứng cho biết trạng thái Cả hai photon bị bắt thấu kính dẫn phía dọc theo sợi quang
Tại hai đầu sợi quang, photon gặp tách chùm tia, chúng có tần số, chúng giao thoa Monroe cộng sau phát photon hai đầu tách chùm tia, từ họ suy trạng thái nguyên tử Tuy nhiên, họ khơng thể biết trạng thái ion phụ thuộc vào gì, nên ion trạng thái chồng chất hai xác suất – nói cách khác, chúng cịn bị bẫy
Đội Michigan chứng minh bẫy tồn cách sử dụng laser khác khảo sát hai ion đó, chúng phát huỳnh quang khác tùy thuộc vào trạng thái chúng, tìm dấu hiệu tương quan Tiến hành chạy nhiều thí nghiệm, họ nhận thấy tương quan tồn tại, ion bị “quay” nhằm thỏa mãn điều kiện thống kê “Sự bẫy có ích trạng thái vật chất trước chưa thiết lập khoảng cách thế”, Monroe nói với physicswprld.com
Tuy nhiên, hệ có lẽ khơng có ứng dụng thực tế Sai sót thiết bị dẫn đến xác suất bẫy vào khoảng 10-9, nghĩa nhà nghiên cứu thu bẫy thành công vài ba phút, lặp lại q trình hàng triệu lần giây Hơn nữa, photon tử ngoại gần cần thiết lại bị thất thoát cao sợi quang, chúng làm hạn chế lợi khoảng cách lớn hệ “Chúng tơi tìm khả chuyển đổi có hiệu photon đến bước sóng thân thiện – hay với bước sóng viễn thơng, bước sóng chúng an tồn truyền nhiều km”, Monroe nói
(16)Nguồn vi sóng đơn photon lắp vừa chip
Truyền thông lượng tử chip tiến thêm bước nhà vật lí Mĩ vừa chế tạo nguồn đơn photon sánh với mạch tích hợp Nguồn phát đó, hoạt động sở tiếp giáp đường hầm siêu dẫn, dùng để phát photon vi sóng mang thông tin lượng tử từ phần mạch tích hợp đến phần khác (Nature 449 328)
Các hệ truyền thơng vi sóng sử dụng gọi mật mã lượng tử ngày thay cho hệ truyền thơng an tồn thông thường, trước nhà vật lí có phương tiện thực tế đưa bit lượng tử, hay qubit, lên chip tương tự hệ thống có máy tính ngày Photon lựa chọn tốt để mang qubit, trừ chúng phát photon chắn, có nguy chặn lại photon thừa để lút lấy cắp thông tin
Một phương pháp thu nguồn photon riêng lẻ hạt đặt nguyên tử - qubit – bên hộp nhỏ xíu kích thích lên trạng thái lượng cao cho phát photon chứa trạng thái qubit xếp khỏi cửa hộp Nhưng hộp thường ba chiều, nên khiến chúng khó ghép đơi với dây gần hai chiều mạch tích hợp Tuy nhiên, Robert Schoelkopf đồng trường đại học Yale giải vấn đề cách tạo phần hộp dây hai chiều đặt bên tiếp giáp đường hầm siêu dẫn qubit thay cho nguyên tử
Tiếp giáp gồm có hai hạt nhơm cách hàng rào cách điện nhỏ Cơ học lượng tử cho phép electron ghép đôi lên chui hầm qua rào chắn, có nghĩa – giống nguyên tử thật - tiếp giáp có mức lượng đơn giản, trường hợp tương ứng với cặp electron phía rào chắn Bằng cách hấp thụ photon vi sóng, cặp electron bên chui hầm sang phía bên kia, tương đương với trạng thái kích thích nguyên tử Tương tự, cặp electron chui hầm trở lại trạng thái khơng kích thích cách phát photon Điều có nghĩa tồn photon đầu dây bên cho biết trạng thái qubit
Khơng giống bit thông tin cổ điển, chúng phải nhận giá trị hoặc 1, qubit vào trạng thái “chồng chất” đồng thời Để làm cho lớp tiếp giáp hoạt động qubit, Schelkopf đồng thiết đặt từ trường đưa lớp tiếp giáp vào trạng thái kích thích, trạng thái khơng kích thích, hay chồng chất hai
Vi sóng thường sử dụng truyền thông truyền thống, nguồn phát đơn photon Schoelkopf đồng bước tiến tới sử dụng vi sóng truyền thơng lượng tử Hiện nay, họ thu hiệu suất 38% cho việc phát photon thông qua trạng thái kích thích 12% cho trạng thái chồng chất, Schoelkopf nói với physicsworld.com thách thức chỗ chuyển tải thơng tin từ photon trở lại qubit
(17)Âm làm điện trở giảm nhiều lần
Một bùng phát xung âm túy làm cho điện trở manganite giảm gần trăm ngàn lần so với giá trị ban đầu nó, kết đội nhà vật lí Anh, Mĩ, Nhật Bản công bố Hiệu ứng này, đặt tên “âm trở lớn”, cho tương tác electron dao động mạng lượng tử hóa gọi phonon Các nhà nghiên cứu tin hiệu ứng sử dụng để chế tạo máy dò xạ terahertz rốt mang thêm ánh sáng cho siêu dẫn nhiệt độ cao (Nature 449 72)
Các nhà vật lí biết điện trở manganese oxide định gọi manganite giảm nhiều đến hàng chục bậc độ lớn chất đối mặt với từ trường Trong lời giải thích đầy đủ từ trở lớn (CMR) xảy cịn lẩn tránh nhà nghiên cứu, nhà vật lí nghi ngờ đơi có liên quan tới tương tác electron phonon
Nay, đội nghiên cứu quốc tế đứng đầu Andrea Cavalleri trường đại học Oxford tiến hành thí nghiệm mang lại nhìn sâu sắc vai trò phonon CMR Đội nghiên cứu bắn xung laser terahertz (THz) ngắn lên mẫu manganite đồng thời theo dõi điện trở cách đo dịng điện chạy qua Khi lượng laser chuyển thành tần số phonon định, điện trở vật giảm đột ngột khoảng ns trước lấy lại giá trị ban đầu
Theo Cavaller, xung laser – kéo dài khoảng 300 fs – đủ lâu để tạo phonon tần số định (khoảng 17 THz) Tuy nhiên, đủ ngắn để tránh kích thích electron phonon khác tần số khác Điều cho phép đội nghiên cứu kết luận giảm điện trở tương tác phonon 17 THz electron trạng thái cân chúng Xung đủ ngắn để đảm bảo electron khơng bị nóng lên, nghĩa CMR không thiết yêu cầu electron phải “nóng”
Bằng cách kích thích phonon 17 THz khơng làm nóng vật, đội nghiên cứu tránh toán “con gà trứng” thường làm người ta khó nghiên cứu chất manganite Trong chất thế, electron tương tác lẫn thơng qua phonon thí nghiệm kích thích electron lẫn phonon, có khả khơng thể xác định được, chẳng hạn, đâu nguyên nhân CMR đâu ảnh hưởng CMR
Bài toán “con gà trứng” ảnh hưởng tới nghiên cứu chất siêu dẫn nhiệt độ cao chứa đồng, Cavalleri đồng có kế hoạch sử dụng kĩ thuật nhằm thu hiểu biết tốt vai trò tương tác electron – phonon chất
(18)Kính hiển vi tia X khơng có thấu kính dùng phịng thí nghiệm
Việc ghi ảnh tia X thang nano mẫu sinh vật học sớm trở nên dễ dàng hàng ngày phịng thí nghiệm nhờ bước đột phá nhà vật lí Mĩ thực Đội nghiên cứu kính hiển vi tia X khơng có thấu kính khơng thiết u cầu nguồn tia X từ máy gia tốc lớn Thay vậy, kĩ thuật gọi phát điều hòa cao sử dụng để chế tạo kính hiển vi tia X “để bàn” nhỏ dựa laser hồng ngoại rắn (Phys Rev Lett 99 098103)
Tia X thèm khát cho kính hiển vi bước sóng ngắn chúng cho phép ảnh có độ phân giải cao, khơng giống kính hiển vi điện tử, chúng dùng với mẫu vật dày Thật không may mắn, thấu kính dùng cho tia X địi hỏi phải chế tạo tinh vi, kết có nhiều nghiên cứu tập trung vào chế tạo kính hiển vi khơng có thấu kính, chúng sử dụng thuật tốn máy tính để tạo hình ảnh từ đặc trưng nhiễu xạ mẫu vật Tuy nhiên, kính hiển vi hoạt động sở tia X kết hợp, thường thu từ tổ hợp máy gia tốc lớn, ví dụ laser electron tự
Henry Kapteyn, Margaret Murnane đồng chế tạo kính hiển vi tia X để bàn khơng có thấu kính Hình bệ kiểm tra ảnh nhiễu xạ
(19)trình gọi phát điều hịa cao Q trình làm cho việc sử dụng nguồn rắn tạo ánh sáng kết hợp, với bước sóng dài so với tia X mà người ta mong đợi Ánh sáng chiếu vào ống chứa đầy khí, nguyên tử hấp thụ chùm photon phát tia X riêng lẻ có bước sóng ngắn nhiều
Ảnh nhiễu xạ từ kính hiển vi tia X khơng thấu kính nhà nghiên cứu Mĩ Nhóm nghiên cứu sử dụng laser hồng ngoại có bước sóng 780 nm làm nguồn sáng, sau q trình phát điều hịa cao kết thúc, họ thu nguồn tia X kết hợp có bước sóng 29 nm Họ nhận thấy tia X “mềm” ghi ảnh vật với độ phân giải 214 nm Giá trị không tốt so với độ phân giải 62 nm chứng minh gần laser electron tự FLASH lớn Hamburg, Đức, thực tế việc ghi ảnh tiến hành phịng thí nghiệm khiến cho kính hiển vi tia X khơng thấu kính có tính khả thi nhiều nhà nghiên cứu Richard Sandberg, số nhà nghiên cứu, nói với physicsworld.com nhóm nghiên cứu ơng cải tiến dụng cụ họ để đạt độ phân giải không gian cao
(20)Tạo phân tử vật chất-phản vật chất
Phân tử từ trước đến cấu thành từ cặp vật chất – phản vật chất nhà vật lí Mĩ tạo Được đặt tên “dipostronium”, chứa hai electron hai positron liên kết với theo kiểu giống hệt phân tử hydrogen Các nhà nghiên cứu khẳng định kĩ thuật họ cải tiến nhằm chế tạo hóa đặc Bose-Einstein vật chất-phản vật chất cuối “laser tia gamma tự hủy” đầu tiên, chúng dùng cho nghiên cứu vật nhỏ hạt nhân nguyên tử (Nature 449 195)
Mô hình Chuẩn vật lí hạt nói hạt có đối tác phản hạt – ví dụ, electron cặp đơi với hạt positron tích điện dương Mặc dù electron positron hủy lẫn nhau, chúng kết hợp với khoảnh khắc tạo nên nguyên tử positronium, tương tự nguyên tử hydrogen Theo lí thuyết, hai ngun tử positronium liên kết với hình thành nên phân tử dipositronium Tuy nhiên, nhà vật lí nhận thấy khó mà tạo lượng dipositronium phát khó thu đủ số ngun tử nơi để phản ứng hình thành nên phân tử
Thí nghiệm Cassidy Mills: Buồng chùm positron tương tác với silica nằm ảnh Vật màu xanh phía ngồi bên trái camera CCD dùng để ghi hình chùm positron xác định mật độ Hai vật màu xanh bao quanh buồng cuộn từ tính
dùng để ép positron vào vùng nhỏ silica Hình trụ mà đen lớn kéo dài phía trước ảnh máy dị tia gamma
(21)triển Clifford Surko đồng trường đại học California, San Diego, để thu thập positron từ phân hủy sodium-22
Khi khoảng 20 triệu positron tích góp, phần chứa bẫy tập trung vào đốm nhỏ mẫu silica tổ ong Các positron theo đường chúng vào lỗ tổ ong, chúng phản ứng với electron hình thành nên positronium Bề mặt giữ vai trò định việc khuyến khích dipositronium hình thành làm ổn định phân tử cách hấp thụ lượng giải phóng phân tử hình thành
Sự có mặt dipositronium xác nhận cách theo dõi phân hủy electron-positron silica Các nguyên tử positronium tồn hai trạng thái lượng tử khác tùy thuộc vào định hướng tương đối spin electron positron Trạng thái “para” tồn khoảng 125 ps trước phân hủy, trạng thái “ortho” tồn lâu đến 1000 lần (142 ns) trước phân hủy Dipositronium hình thành hai nguyên tử ortho gặp khơng có làm dừng hai positron phân tử khỏi bị trao đổi đối tác electron chúng tạo nguyên tử para Kết nguyên tử ortho phân tử không tồn lâu nguyên tử ortho tự
Bằng cách theo dõi tia gamma phóng thích phân hủy, nhà nghiên cứu thấy biến đổi thời gian sống toàn thể positronium silica, họ giải thích chứng cho hình thành dipositronium Theo Cassid, kết xác nhận việc làm nóng silica, ngăn cản positronium gắn kết với làm giảm số lượng phân tử dipositronium tạo Khi điều thực thời gian sống positronium tăng lên
Cassidy nói với physicsworld.com ơng Mills nghiên cứu việc tạo hóa đặc Bose-Einstein (BEC) positronium, phân tử đặt vào trạng thái lượng tử Tính tốn cho thấy BEC tạo cách nâng mật độ positronium lên 1000 lần làm lạnh tới khoảng 15 K Cassidy nói thực việc cách tích góp nhiều positron bẫy sau bắn xung mạnh lên silica Những cải tiến silica giúp làm việc này, ơng nói
Nếu mật độ tăng lên 1000 lần nữa, BEC dùng để chế tạo laser tia gamma phân hủy Trong dụng cụ thế, cặp positron/electron làm cho phân hủy thành đợt, tạo dòng photon tia gamma kết hợp tương tự ánh sáng laser Tia gamma phân hủy có bước sóng ngắn, nghĩa có lẽ ngày laser sử dụng để nghiên cứu vật nhỏ hạt nhân nguyên tử chẳng hạn
(22)Vật liệu lí tưởng vơ hình hoàn toàn
Nếu bạn muốn chế tạo áo chồng hồn tồn vơ hình, bạn nên sử dụng vật liệu lí tưởng tốt, kết tính tốn nhà vật lí Thụy Điển thực Đội nghiên cứu xem xét kĩ lưỡng sở tốn học vơ hình nhận thấy áo chồng với thơng số vật liệu “lí tưởng” lảm ẩn vật thể - lệch nhỏ khỏi thông số làm cho ánh sáng bị tán xạ đáng kể làm lộ áo choàng người quan sát
Lần đề xuất lí thuyết hồi tháng năm ngối thực với vi sóng tháng sau đó, áo chồng vơ hình thu hút trí tượng đơng đảo cơng chúng quan phòng thủ Ý tưởng siêu chất liệu – chất liệu nhân tạo có tính chất điện từ kì lạ - thiết kế để dẫn đường xạ xung quanh vật, giống nước chảy xung quanh tảng đá phẳng phiu
Một áo choàng hoàn hảo cần phải làm cho ánh sáng truyền qua bên bắt kịp ánh sáng truyền vịng quanh để ngăn cản tán xạ Các nhà vật lí nghĩ cách để làm việc làm cho vận tốc pha ánh sáng quang trình bên vơ hạn cách sử dụng siêu chất liệu có giá trị số điện môi độ từ thẩm vô hạn, giá trị khơng thể có Vì khó mà xử lí giá trị vô hạn số học, nên có bất định việc siêu chất liệu có thơng số lí tưởng làm cho vật thể hồn tồn tàng hình hay khơng, mức độ lệch khỏi thơng số lí tưởng cỡ chấp nhận dụng cụ thực tế
Min Qiu cộng Viện Cơng nghệ Hồng gia tiếp cận vấn đề phương pháp giải tích Họ bắt đầu xem xét áo chồng hình trụ, giải phương trình liên hệ điện trường ánh sáng với bán kính lớp siêu vật liệu Để tránh giá trị vô hạn xuất lớp nhất, họ cộng thêm độ lệch nhỏ vào bán kính này, tính xảy họ cho độ lệch tiến gần tới không
Đội nghiên cứu nhận thấy tán xạ ánh sáng thật từ từ biến độ lệch giảm xuống Tuy nhiên, họ nhận thấy lệch nhỏ xíu – ví dụ vào cỡ 10-99 bán kính – tạo tán xạ đáng kể Đối với nhà quan sát, Qiu khẳng định, tán xạ xuất dạng đường mảnh áo chồng từ từ trở nên mờ nhạt độ lệch tăng lên
Ulf Leonhardt – nhà vật lí nêu lên đề xuất áo chồng tàng hình hồi năm ngối – nói với physicsworld.com ơng nghĩ nhạy cảm lí thuyết với lệch hấp dẫn Nhưng ông dụng cụ thực nghiệm chứng minh hồi năm ngoái nhà nghiên cứu trường đại học Duke, Mĩ, hoạt động tốt, cho thấy độ nhạy có lẽ khơng quan trọng dụng cụ thực tế
(23)Phóng thành công tàu Selene lên mặt trăng
Phi thuyền phức tạp để nghiên cứu mặt trăng 30 năm qua phóng lên vào hơm 14/9 JAXA, Cơ quan thám hiểm không gian Nhật Bản Gọi tên Selene, sứ mệnh giúp nhà khoa học tìm hiểu nguồn gốc tiến hóa mặt trăng, có khả cịn định vị trí cho mặt trăng tương lai Phi thuyền phóng lên lúc 10 : 31 địa phương từ đảo Tanegashima Nhật Bản, thành cơng giúp củng cố lại uy tín cho JAXA, quan trải qua loạt sứ mệnh thất bại vòng vài năm qua
45 phút sau phóng, JAXA xác nhận phi thuyền trị giá 484 triệu đôla tách khỏi tên lửa đẩy sau quay xung quanh Trái Đất hai vịng trước bắt đầu hành trình tới mặt trăng Một lên đến đó, tách thành tàu quỹ đạo chính, tàu quan sát mặt trăng từ quỹ đạo tròn 100 km vòng năm, vệ tinh “VRAD” nhỏ đo trường hấp dẫn mặt trăng từ quỹ đạo elip 800 km Một vệ tinh nhỏ thứ ba hỗ trợ VRAD đo đạc từ quỹ đạo elip xa 2400 km tiếp chuyển liệu từ tàu quỹ đạo Trái Đất
Tổng cộng Selene có 15 sứ mệnh quan sát khác Những sứ mệnh bao gồm từ việc ghi nhận nguyên tố khoáng chất khác bề mặt mặt trăng quang phổ kế máy ghi ảnh hồng ngoại, việc lập đồ cấu trúc địa hình camera ảnh nổi, radar cao kế laser Sứ mệnh nghiên cứu tính chất mơi trường mặt trăng, ví dụ từ trường nó, khảo sát xem tầng điện li từ Trái Đất trông từ góc độ mặt trăng Cuối cùng, Selene sử dụng camera phân giải cao quay phim cảnh Trái Đất mọc lên từ đường chân trời mặt trăng
(24)sứ mệnh Vào năm 2005, phi thuyền Hayabusa, thiết kế để mang mẫu đá từ tiểu hành tinh, thất bại nhiệm vụ đề cao q Trước đó, JAXA phải hủy tên lửa mang vệ tinh thám bị lệch khỏi hành trình sau phóng lên
Sau quay hai vịng quanh Trái Đất, Selene tách khỏi tên lửa đẩy bắt đầu hành trình 380 000 km tới mặt trăng
Nếu thứ diễn biến hoạch định, Selene tiến hành nghiên cứu mặt trăng quy mô rộng lớn kể từ chương trình Apollo NASA hồi thập niên 1960 1970, giúp Nhật Bản trước Trung Quốc Ấn Độ, nước có kế hoạch phóng phi thuyền lên mặt trăng vài năm tới
Jon Cartwright (physicsworld.com, 14/9/2007)
Thành bình nhớp nháp làm chậm trình pha trộn
(25)Emmanuelle Gouillart đội nghiên cứu CEA Saclay, hợp tác với Jean-Luc Thiffeault Imperial College, bắt đầu việc tiêm lượng nhỏ thuốc nhuộm đen vào bình trụ chứa nước đường suốt, dày Nước đường sau trộn que thẳng đứng khuấy theo hình số đồng thời tập trung thuốc nhuộm đo camera kĩ thuật số Mức độ trộn lẫn định lượng dạng biến thiên mức độ tập trung thuốc nhuộm mẫu – với chất lỏng màu xám phần pha trộn hồn tồn
Thí nghiệm cho thấy pha trộn xảy vùng bình, tốc độ trộn lẫn bị hạn chế vùng không trộn lẫn ngoan cố nằm gần thành bình Hiện tượng xuất nước đường bám dính vào thành bình dải chất lỏng khơng trộn lẫn nhìn thấy di chuyển chậm chạp từ ngồi rìa vào giữa, nơi chúng bị pha trộn
Ảnh chụp hỗn hợp nước đường thuốc nhuộm cho thấy vùng không trộn lẫn (hồn tồn màu trắng) nằm gần thành bình: chất khơng trộn lẫn vào chậm
Bằng cách nghiên cứu loạt ảnh theo thời gian qua mô dạng số, đội nghiên cứu kết luận “sự pha trộn hỗn độn thành lớp” xảy bình Đây trình biết rõ mà qua chất lỏng trộn lẫn với cách nhẹ nhàng, khơng có nhiễu loạn
(26)biến thiên tập trung thuốc nhuộm chất lỏng thường xuất pha trộn hỗn độn, đội nghiên cứu lại đo phân hủy chậm nhiều tuân theo quy luật lũy thừa Theo Thiffeault, điều có nghĩa trộn lẫn xảy hàng trăm lần chậm so với phân hủy theo hàm mũ xảy
Đội nghiên cứu mơ tả trộn lẫn theo quy luật lũy thừa mô hình lí thuyết dựa “bản vẽ thợ làm bánh” – q trình mà qua người thợ làm bánh nhào bột cách ban đầu kéo căng sau nhồi lại với Nếu q trình lặp lại, dẫn tới hỗn độn Ảnh hướng thành bình nhớp nháp lập mơ hình dạng tiêm tuần hoàn dải biểu diễn chất chưa trộn vào đồ người thợ làm bánh
Trong Thiffeault thừa nhận kĩ sư có hiểu biết thực tế tốt pha trộn, ơng nói cơng nghiệp thu lợi từ việc có hiểu biết sâu sắc trình vật lí có liên quan Một lĩnh vực thu lợi từ hiểu biết tốt ảnh hưởng bề mặt lên pha trộn hỗn độn ngành vi chất lỏng học – ngành học nghiên cứu truyền tải trộn lẫn chất lỏng theo rãnh mỏng Tỉ số diện tích thể tích mạch vi chất lỏng lớn trộn lẫn thách thức lớn thiết kế dụng cụ
Các mặt bình ln ln có số mức độ bám dính định, nên Thiffeault tin cách tốt để giải phóng chất chưa trộn rìa ngồi làm quay bình hay sử dụng chuyển động que chứa “vòng xoắn” cách li thành bình khỏi vùng pha trộn – tương tự nhiều người làm bếp làm Đội nghiên cứu tiến hành thí nghiệm phương pháp hứng thú
Hamish Johnston (physicsworld.com, 19/9/2007)
Wolfgang Panofsky: 1919 – 2007
Nhà vật lí hạt Wolfgang Panofsky, người giữ chức giám đốc Trung tâm máy gia tốc tuyến tính Stanford (SLAC) California, vừa qua đời tuổi 88 Panofsky, người giữ ghế thủ trưởng SLAC 20 năm qua, chứng đau tìm vào hơm 24/9 Ngồi cơng việc nhà nghiên cứu, nhà chế tạo máy gia tốc nhà quản trị khoa học, Panofsky cịn người thiết tha ủng hộ cho hịa bình giới
(27)Năm 1945, Panofsky tham gia Phịng thí nghiệm Bức xạ trường đại học California Berkeley, phục vụ với tư cách ban đầu nhà vật lí giúp việc, sau phó giáo sư Năm 1954, ơng chuyển đến đại học Stanford, ơng trải qua tám năm làm việc ban giám đốc Phịng thí nghiệm vật lí lượng cao trường Trong thời gian này, ông nhà vật lí khách mời Jack Steinberger lần lập hạt meson pi trung hịa – hạt hạ nguyên tử mà nhà lí thuyết tiên đoán nguyên nhân gây lực mạnh liên kết hạt nhân nguyên tử
Trong Stanford, Panofsky tham gia vào việc nâng cấp máy gia tốc electron “mark III” trường, cỗ máy vào hoạt động từ năm 1951 Mặc dù thí nghiệm tán xạ electron cỗ máy sau đưa Robert Hofstadter đến giành giải thưởng Nobel vật lí, Panofsky nhà vật lí khác Stanford biện hộ kịch liệt cho cỗ máy lớn mạnh nhiều Những nỗ lực kết thúc vào năm 1961, quốc hội Mĩ cho phép xây dựng SLAC, cỗ máy gia tốc eletron dài hai dặm
Panofsky bổ nhiệm giữ ghế giám đốc SLAC, ơng giữ chức vụ hưu vào năm 1984 Trong thời gian này, ông nâng cấp máy gia tốc phịng thí nghiệm, chế tạo tổ hợp lượng cao mới, ví dụ Vịng gia tốc electron positron Stanford (SPEAR) Cỗ máy
dùng để khám phá hạt J/psi, đưa nhà vật lí tới chỗ nhận thức quark có thật SPEAR sau dùng làm nguồn phát xạ synchrotron
Trải nghiệm Panofsky dự án Manhattan ảnh hưởng tới suy nghĩ ông trách nhiệm đạo đức xã hội nhà khoa học Ơng giữ vai trị tích cực việc cố vấn cho phủ Mĩ điều khiển quyền lực bảo an giới Ông giúp bảo vệ hiệp ước chống thử hạt nhân bầu khí thập niên 1980 phát biểu mạnh mẽ chống lại chương trình phịng thủ tên lửa “cuộc chiến sao” Năm 1989, SLAC thiết lập học bổng Wolfgang Panofsky, ủng hộ nhà khoa học trẻ phát huy “thành tựu sáng tạo, thấu đáo xuất sắc” Panofsky lập
(28)Hỗn độn khí khổng lồ cịn điều bí ấn
Một thứ tầm thường chổi qua có ảnh hưởng to lớn lên chuyển động tương lai khối khí khổng lồ, chẳng hạn Mộc tinh, khơng thể biết khoảng thời gian bao lâu, theo khẳng định nhà vật lí Mĩ Bằng cách tiến hành chương trình mơ máy tính, Wayne Hayes trường đại học California Irvine hiểu biết xác vị trí Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên vương tinh Hải vương tinh cần thiết trước nhà khoa học xác định hỗn độn có tồn quỹ đạo hành tinh hay khơng
Các nhà khoa học biết chuyển động Diêm vương tinh hành tinh bên có tính hỗn loạn Điều có nghĩa ngoại lực nhỏ tác dụng lên hành tinh, theo thời gian, gây biến đổi chủ yếu vị trí hành tinh quỹ đạo Mặc dù khơng có hành tinh có khả va chạm hay khỏi Hệ Mặt Trời vào thời điểm trước đây, hỗn độn có nghĩa quỹ đạo hành tinh khơng thể dự đốn trước với độ tin cậy lâu dài
Chuyển động khối khí khổng lồ (vi dụ Mộc tinh, hình trên) đặn hỗn loạn Nếu trường hợp thứ hai xảy khơng có hội cho nhà thiên văn
dự đốn quỹ đạo tương lai hành tinh Nhưng nhà vật lí người Mi Wayne Hayes khẳng định quỹ đạo khối khí khổng lồ có hỗn loạn
hay khơng với độ xác quan sát
(29)Nhưng theo Hayes khác biệt thật kết bất định hiểu biết nhà thiên văn điều kiện hành tinh, chúng dùng làm liệu vào cho chương trình mô Mặc dù từ quan sát biết vị trí quỹ đạo khối khí khổng lồ đến độ xác vài phần 10 triệu, độ bất định nhỏ xíu gây khác biệt đặn hỗn loạn hệ, ơng nói
Hayes đến kết luận ông việc thực mô riêng ông Hệ Mặt Trời, đơn giản hóa Mặt Trời hành tinh bên dạng khối lượng lớn tính tốn quỹ đạo khối khí khổng lồ lên tới tỉ năm tương lai Để tránh khả có sai số nhân tạo làm tăng thêm hay giảm bớt hỗn độn, ông thực phép tính ba thuật tốn tích hợp khác
Hayes nhận thấy việc bắt đầu mô điểm khác phạm vi độ bất định quan sát được, ơng tiến tới tiến triển mang tính hỗn độn sau khoảng thời gian từ đến 230 triệu năm – hay khơng cần thời gian Điều có nghĩa xác định chuyển động khối khí khổng lồ có mang tính hỗn độn hay khơng quan sát tốt thực hiện, Hayes nói với physicsworld.com ơng khơng biết tiến thực
Một số nhà vật lí cho hỗn loạn chuyển động khối khí khổng lồ có tác động đến khả tiên đoán xác tính chất hành tinh nhóm Một tính chất độ nghiêng Trái Đất, có tác động lớn lên khí hậu
Jon Cartwright (physicsworld.com, 24/9/2007)
Hiệu ứng Hall spin lượng tử HgTe
Các nhà vật lí Đức Mĩ lần trông thấy dấu vết tượng trạng thái rắn gặp gọi hiệu ứng Hall spin lượng tử (QSHE), electron bị phân cực spin mép chất cách điện có khả dẫn điện Các nhà nghiên cứu nhìn thấy dẫn mép thủy ngân telluride mỏng, họ khơng thật xác nhận electron mép có bị phân cực spin hay khơng QSHE hấp dẫn có ích cho việc chế tạo dụng cụ thuộc công nghệ spin khai thác spin điện tích electron (Science DOI: 10.1126/science.1148047)
(30)trong electron “spin-up” “spin-down” bị lệch hai phía ngược chất bán dẫn Sự phân tách spin thu tạo dịng spin vng góc với hướng dòng điện
Hiệu ứng Hall spin lượng tử (QSHE) tượng có liên quan tiên đốn xảy khơng vật dẫn, mà vật cách điện mỏng định Nó gồm electron spin-up dẫn dọc theo mép vật cách điện, electron spn-down dẫn dọc theo mép bên Mặc dù khối chất cách điện, dẫn phép tương tác spin xung lượng góc quỹ đạo electron làm giảm khe lượng dải hóa trị dải dẫn xuống đến khơng electron bị phân cực spin
Hiệu ứng Hall spin lượng tử: Các electron mép vật cách điện mỏng cs khả dẫn điện Nếu electron di chuyển khỏi trang giấy, electron spin down (màu đỏ) di chuyển
dọc theo mép bên trái, electron spin up (màu xanh) di chuyển dọc theo mép bên phải Hồi năm ngoái, Shou-Cheng Zhang đồng đại học Stanford Mĩ tiên đoán thủy ngân telluride (HgTe) mỏng phải có cấu trúc dải thuận cho phép dẫn mép Nay Zhang hợp tác với Laurens Molenkamp đồng nghiệp trường đại học Wuerzburg, Đức, tìm thấy chứng thực nghiệm QSHE các”giếng lượng tử” HgTe – chất liệu dày vài nanomét, electron bị hạn chế cịn có hai chiều dịch chuyển
(31)Tuy nhiên, giếng mỏng 6,3 nm lại hành xử giống vật cách điện – phù hợp với lí thuyết Zhang, lí thuyết tiên đốn giếng mỏng khơng có cấu trúc dải thích hợp cho QSHE Khi đội nghiên cứu thiết đặt từ trường cho giếng dày hơn, dẫn mép khơng cịn – lần lại phù hợp với lí thuyết
Bất chấp thành cơng họ nhìn thấy dẫn mép, đội nghiên cứu xác nhận electron dẫn có bị phân cực spin hay khơng “Nhất định cịn có nhiều việc để làm theo chiều hướng này”, Charles Kane trường đại học Pennslvania nói, ông tiên đoán QSHE phải xảy carbon mỏng gọi graphene “Nhưng khơng nghĩ làm giảm tầm quan trọng thí nghiệm này”, ơng nói
Molenkamp nói với physicsworld.com đội nghiên cứu khai thức cách thức đầu dị từ SQUID tích hợp giếng lượng tử để đo phân cực spin electron mép Và electron mép bị phân cực spin trông đợi không gây điện trở nào, nên vật cách điện dẫn mép sử dụng dụng cụ công nghệ spin công suất thấp sử dụng spin điện tích electron để lưu trữ xử lí thơng tin
Hamish Johnston (physicsworld.com, 26/9/2007)
“Bus” microchip kết nối với bit lượng tử
Hai nhóm nghiên cứu độc lập Mĩ chế tạo “bus” dùng để chuyển tải thông tin hai qubit microchip Các bus cho phép số qubit liên kết với tạo nên máy tính lượng tử hùng mạnh sử trình chế tạo chip chuẩn
Đơn vị thông tin máy tính lượng tử qubit, chúng nhận giá trị 0, – không giống bit cổ điển – chồng chất hai giá trị Khi nhiều qubit kết hợp với hay “bị bẫy” lại với nhau, máy tính lượng tử xử lí chúng đồng thời, cho phép hoạt động nhanh theo hàm mũ so với người anh em cổ điển hoạt động tính tốn định
Để thu kì cơng rối rắm này, máy tính lượng cần phải kết nối qubit xa qua bus truyền trạng thái chúng tới lui Mặc dù bus tạo cho ion nguyên tử bị bẫy – hai nhiều thực thi qubit – bus cho qubit siêu dẫn đến chưa nhận Các qubit siêu dẫn có phần hứa hẹn cho máy tính lượng tử thực tế tồn hệ thống có khả in vào mạch điện tương tự cách làm với máy tính
(32)siêu lạnh chèn cặp hạt kim loại nhỏ xíu – cách bus dạng hộp chứa sóng dừng Ban đầu họ làm cho qubit vào trạng thái 0, hay chồng chất mong muốn với xung vi sóng làm thay đổi dao động lượng tử độ lệch pha hai điện cực rào chắn Sau đó, nhà nghiên cứu sử dụng trường chủ yếu điều chỉnh chênh lệch lượng hai đầu rào chắn cho qubit cộng hưởng với hộp truyền trạng thái đến sóng dừng, lưu trữ lên tới 10 ns Ở đầu bên hộp, trình điều chỉnh tương tự truyền trạng thái đến qubit khác (Nature 449 438)
Trong đó, Robert Shoelkopf đồng nghiệp trường đại học Yale sử dụng vi sóng để tạo “điện tích” qubit siêu dẫn, mặt vật lí tương tự pha qubit, có trạng thái bị hạn chế số electron ghép đôi chui hầm qua rào chắn Hộp họ khơng có sóng dừng ban đầu, thay dựa cặp electron chui hầm phát photon vào hộp tạo trạng thái chồng chất kết hợp qubit Đây kĩ thuật tương tự cơng việc tiến hành nhóm Yale hồi tuần rồi, họ qubit siêu dẫn dùng làm nguồn phát đơn photon (Nature 449 443)
Ba hoạt động – truyền thông tin, lưu trữ thông tin chồng chất kết hợp – nhóm NIST Yale thực rốt đặt hoạt động cổng cần thiết để tiến hành tính tốn máy tính lượng tử microchip Tuy nhiên, hoạt động yêu cầu nhiều qubit siêu dẫn liên kết với nhau, theo cách tin cậy nhiều so với dụng cụ cổ điển
Jon Cartwright (physicsworld.com, 27/9/2007)
Phi thuyền Dawn NASA mọc với Mặt Trời
Sứ mệnh Dawn NASA đến vành đai tiểu hành tinh phóng lên 27/9 từ mũi Cavaneral Florida, lúc 7:34 sáng địa phương Phi thuyền trù định thực hành trình dài năm để nghiên cứu tiểu hành tinh Vesta hành tinh lùn Ceres, hai nằm Hỏa tinh Mộc tinh Các nhà khoa học hành tinh hi vọng sứ mệnh – sau nhiều lần trì hỗn – mang lại nhìn có giá trị cách thức hệ Mặt Trời hình thành
Trên hành trình dài tỉ km nó, phi thuyền trị giá 267 triệu đô la thu thập liệu ba thiết bị: camera ánh sáng hồng ngoại hai quang phổ kế lâp đồ neutron ánh sáng khả kiến hồng ngoại Những thiết bị sử dụng để phát khoáng chất bề mặt danh mục nguyên tố có mặt Ceres Vesta
(33)Các nhà khoa học sử dụng liệu từ Dawn để cố gắng tìm hiểu nguyên nhân gây miệng hố khổng lồ cực nam Vesta – kiện làm giảm khối lượng tiểu hành tinh hết 1%, phóng thích nhiều vật liệu hình thành nên nhiều tiểu hành tinh khác vành đai, thiên thạch tìm thấy Trái Đất
Cuộc hẹn thứ hai cho Dawn năm 2015, tới hành tinh lùn Ceres Các nhà thiên văn tin Ceres có cấu trúc khác với Vesta, có khả chứa băng, hay chí nước lỏng chơn bên lớp vỏ
Nghi vấn nhà khoa học mà hai loại vật thể khác hình thành vùng Khi hành tinh bắt đầu xuất khoảng 4,5 tỉ năm trước, hành tinh đá hình thành gần Mặt Trời, nơi nóng hơn, cịn hành tinh băng giá hình thành cách xa Mặt Trời Không bị tác động sức hút hấp dẫn lớn Mộc tinh, Vesta Ceres tích góp đủ vật chất cho chúng để trở thành hành tinh theo nghĩa Sứ mệnh Dawn hi vọng so sánh đường tiến hóa chúng qua, soi thêm ánh sáng lên hệ Mặt Trời buổi sơ khai
Tuy nhiên, đường đến với Mặt Trời Dawn không dễ dàng Sứ mệnh bị hủy bỏ lần thứ vào năm 2003, lại phục hồi năm sau Rồi vào tháng 10 năm 2005, NASA buộc phải “hạ màn” Dawn chi phí leo thang trục trặc quan trọng động ion Ngồi ra, đội nghiên cứu phụ trách sứ mệnh cịn thừa nhận có đấu tranh kịch liệt nhà khoa học nghiên cứu sứ mệnh nhỏ ban điều hành NASA Chỉ sau ban điều hành đời Dawn đưa trở lại hành trình hồi cuối tháng năm
(34)Một cách nhanh đạt tới máy tính lượng tử tốt
Các nhà vật lí người Mĩ Canada vừa nghĩ phương pháp nhanh nhiều để đo mức độ nhiễu làm giảm hiệu suất máy tính lượng tử Kĩ thuật sử dụng để đánh giá dụng cụ chế tạo từ ba bit lượng tử bao gồm việc đo ba thông số, 4096 yêu cầu phương pháp trước Nghiên cứu mang tới hiểu biết tốt mức độ nhiễu ảnh hưởng đến hoạt động máy tính lượng tử thực tế cuối giúp nhà vật lí phát triển dụng cụ cổng logic thuật toán hùng mạnh (Science 317 1893)
Máy tính lượng tử khai thác thực tế hệ lượng tử hai trạng thái chồng chất, ví dụ 1, đồng thời N bit lượng tử (qubit) kết hợp hay “bị bẫy” để biểu diễn 2N giá trị lúc, đưa tới việc xử lí song song thơng tin quy mơ lớn Tuy nhiên, qubit dễ bị phá vỡ nhiễu tồn dư – có mặt máy tính lượng tử – làm giảm chất lượng tử qubit Quá trình gọi chống kết hợp, khơng hạn chế, ngăn cản máy tính lượng tử hoạt động
Thật may mắn, chống kết hợp giữ mức độ chấp nhận kế hoạch “hiệu chỉnh” sử dụng vài qubit nhiễu phía đóng vai trò qubit nhiễu tự Những kế hoạch yêu cầu có hiểu biết tốt mức độ nhiễu ảnh hưởng tới qubit, chúng phụ thuộc vào thiết kế đặc biệt máy tính Một máy tính sử dụng ion bị bẫy làm qubit, chẳng hạn, bị ảnh hưởng nhiễu khác so với máy tính sử dụng spin hạt nhân
Ảnh hướng nhiễu đo kĩ thuật “nội soi q trình lượng tử”, bao gồm việc đo cơng suất máy tính lượng tử trạng thái đầu vào Đối với hệ N qubit, điều có nghĩa có 24N phép đo Kết hệ có qubit, nguyên tắc, yêu cầu tỉ phép đo
Nay đội nghiên cứu trường đại học Waterloo, đứng đầu Joseph Emerson với David Cory Viện Công nghệ Massachusetts vừa nêu phương pháp khảo sát chống kết hợp tập trung vào vài thơng số nhiễu chọn lọc có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất máy tính lượng tử - không cần tiến hành số lượng lớn phép đo đa phần khơng có liên quan
Khi áp dụng với hệ ba qubit, kĩ thuật bao gồm việc đo ba xác suất – đặt tên qubit không, qubit 1, qubit Những giá trị đực xác định cách hệ thực tập hợp hoạt động định xem xét cách phản ứng lại Các phép đo lặp lại vài lần xác suất thu có độ bất định thích hợp
(35)nghiên cứu sử dụng xác suất để phát triển kĩ thuật điều khiển tối ưu nhằm trì chất lượng tử nhớ
Jonatthan Baugh (ngoài bên phải) giữ đầu dò thử nghiệm dùng để áp đặt tín hiệu tần số vơ tuyến điều khiển spin hạt nhân nhớ lượng tử qubit Các thành viên khác nhóm nghiên cứu trường đại học Waterloo (từ trái sang phải) là: Osama Moussa, Joseph
Emerson Marcus Silva Khơng có mặt ảnh cộng tác viên Colm Ryan, Martin Laforest, David Cory Ray Laflamme
Theo Emerson, kĩ thuật sử dụng loại máy tính lượng tử mang lại cách hiệu để so sánh hiệu suất kiểu kiến trúc khác Ông tin giúp nhà vật lí thu hiểu biết tốt loại nhiễu khác xảy máy tính lượng tử, đưa đến thiết kế tốt Emerson nói với physicsworld.com ông xem xét kĩ lưỡng kĩ thuật máy tính lượng tử qubit hoạt động sở bẫy ion chế tạo trường đại học Innbruck, Áo
Hamish Johnston (physicsworld.com, 28/9/2007)