Các nhà khoa học vừa làm điều không thể với các nguyên tử

00:00 / 0:00

Chuẩn

Tốc độ đọc

Các nhà khoa học vừa công bố một phát hiện quan trọng cho thấy rằng các nguyên tử có thể biểu hiện hành vi giống như sóng.

Công bố này giải quyết những thách thức lâu nay về khả năng thực hiện thí nghiệm. Nghiên cứu mới sử dụng nguyên tử và một tấm graphene dày một nguyên tử (khoảng 10^-10m) để tái tạo hiện tượng nhiễu xạ hạt - một hiện tượng lượng tử cổ điển. Phát hiện này có thể mở ra hướng đi mới cho các công nghệ tiên tiến, bao gồm máy dò sóng hấp dẫn với độ nhạy cao.

Ảnh minh họa: Adobe.

Câu chuyện bắt đầu từ năm 1927, thời điểm nhà vật lý George Paget Thomson phát hiện rằng các electron khi đi qua một mạng tinh thể tạo ra mẫu nhiễu xạ, một dấu hiệu cho thấy chúng có hành vi giống như sóng. Phát hiện này không chỉ mang về cho Thomson giải Nobel mà còn thúc đẩy sự phát triển của kính hiển vi điện tử. Trong gần một thế kỷ qua, các nhà khoa học đã cố gắng tái tạo hiệu ứng nhiễu xạ này với các nguyên tử nhưng gặp nhiều khó khăn do yêu cầu về thiết kế mạng lưới và khoảng cách lớn.

Một trong những thách thức lớn nhất là việc sử dụng lưới tinh thể cho các nguyên tử vì các nguyên tử năng lượng cao cần thiết cho thí nghiệm được cho là sẽ làm hỏng tinh thể. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức đã vượt qua rào cản này. Họ đã thành công trong việc hướng các nguyên tử heli và hydro năng lượng cao vào một tấm graphene, và sau 100 giờ tiếp xúc, graphene không bị hư hại, đồng thời ghi nhận được mẫu nhiễu xạ tròn.

Ảnh minh họa: Adobe.

Thành công này đánh dấu lần đầu tiên nhiễu xạ nguyên tử qua một mạng tinh thể được thực hiện. Bí quyết nằm ở cách các nguyên tử trao đổi năng lượng với graphene mà không làm thay đổi đặc tính sóng lượng tử của chúng. Nhà nghiên cứu Bill Allison từ Đại học Cambridge (Anh) đã so sánh hiện tượng này với việc mở và đóng một cánh cửa trong một căn phòng đông đúc mà không ai nhận ra.

Khám phá này có thể dẫn đến sự phát triển của các máy đo giao thoa nguyên tử với độ nhạy vượt trội có khả năng phát hiện sóng hấp dẫn mà công nghệ hiện tại không thể làm được. Các nhà khoa học rất lạc quan về tiềm năng ứng dụng của nhiễu xạ nguyên tử khi coi đây là một bước tiến táo bạo trong nghiên cứu lượng tử. Thành tựu này không chỉ định nghĩa lại những gì có thể trong cơ học lượng tử mà còn nhấn mạnh bản chất luôn thay đổi của khoa học, nơi những thách thức tưởng chừng không thể vượt qua lại thúc đẩy những đổi mới định hình tương lai.