Đã tìm ra cách khiến cho vật chất lạnh hơn cả khoảng không vũ trụ 10.000 lần

Làm thế nào để giảm nhiệt độ của một thứ đã đạt trạng thái siêu dẫn? Đương nhiên là bạn phải phá vỡ quy luật vật lí! Lần đầu tiên, các nhà vật lí đã có thể giảm nhiệt độ của một vật thể xuống dưới mức nhiệt độ thấp nhất được gọi là "giới hạn lượng tử".

Họ đã làm được điều này khi đưa nhiệt độ của một cái trống có kích thước hiển vi xuống tới 360 micro-kelvin (10.000 lần lạnh hơn khoảng không vũ trụ). Đây có thể nói là nhiệt độ lạnh nhất mà con người biết tới.

Lần đầu tiên, các nhà vật lí đã có thể giảm nhiệt độ của một vật thể xuống dưới mức nhiệt độ thấp nhất được gọi là "giới hạn lượng tử".

Người đứng đầu dự án, John Teufel từ Viện nghiên cứu các tiêu chuẩn và công nghệ quốc gia Mỹ tại Colorado cho biết: "Đây là nhiệt độ lạnh hơn bất cứ đâu trong tự nhiên và trong vũ trụ". Một nhà nghiên cứu khác có tên Jose Aumentado, đã phát biểu trong buổi công bố: "Kết quả đối với các chuyên gia hoàn toàn là một bất ngờ".

Chiếc trống hiển vi này có cấu tạo từ một màng rung bằng nhôm. Sau khi hạ nhiệt độ xuống, năng lượng trong chiếc trống này còn thấp hơn 1/5 năng lượng trong một hạt lượng tử (năng lượng của 1 photon) - các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách phá vỡ quy luật vật lí.

Chiếc trống hiển vi này có cấu tạo từ một màng rung bằng nhôm.

Nhóm nghiên cứu kết luận kĩ thuật này về lí thuyết có thể đưa nhiệt độ mọi vật thể xuống thấp nhất, khi mà mọi vật chất dừng chuyển động và không chứa năng lượng. Thường thì một tia laser có thể làm chậm chuyển động của nguyên tử khiến giảm độ rung động nhiệt học và nhiệt độ của vật chất. Tuy nhiên, với phương pháp mới sử dụng ánh sáng dạng "nén" này, các phân tử có thể trở nên "lạnh" hơn nhiều.

Ánh sáng dạng nén là phương pháp có tổ chức hơn và có thể giảm sự nhiễu lượng tử. Phương thức mã hóa lượng tử này từng được áp dụng trong nhiều ứng dụng tuy nhiên đây là lần đầu tiên nó được áp dụng để làm lạnh vật chất và đem lại kết quả đáng kinh ngạc như vậy. Ban đầu, nhiễu lượng tử được sử dụng để xác định giới hạn lượng tử khi làm lạnh vật chất, tuy nhiên giờ đây thì điều này không còn đúng nữa.

Chiếc trống trong thí nghiệm có đường kính 20 micro-met và dày 100 nanomet, được hàn trên một mạch siêu dẫn.

Bước tiến mới này có thể dẫn đến sự xuất hiện của linh kiện điện tử siêu dẫn trong tương lai. Chiếc trống trong thí nghiệm có đường kính 20 micro-met và dày 100 nanomet, được hàn trên một mạch siêu dẫn. Nhiệt độ càng thấp thì mạch này sẽ càng nhanh và chính xác.

Theo Teufel, Nhiễu lượng tử tạo ra dao động nhiệt bất ngờ khi bạn đang cố làm lạnh vật đó. Càng lạnh, các cảm biến càng nhạy, thông tin lưu trữ được càng lâu. Nếu được đặt trong máy tính lượng tử, máy có thể hoạt động chính xác hơn.

Phát hiện này đang khuấy đảo lĩnh vực vật lí lượng tử. Với khoa học, những điều hôm nay là viễn tưởng hóa ra mới chỉ là mở đầu. Nghiên cứu đã được đăng trong tạp chí Nature.

Từ khóa liên quan:

giới hạn lượng tử

khoảng không vũ trụ

quy luật vật lí

giảm nhiệt độ của vật thể

Ánh sáng dạng nén

sự nhiễu lượng tử

trống hiển vi

John Teufel

Jose Aumentado