Dạng vật chất mới giống gươm ánh sáng viễn tưởng

Các nhà khoa học Mỹ đã vô tình khám phá một dạng vật chất hoàn toàn mới, có đặc tính hoạt động tương tự như những thanh gươm ánh sáng trong loạt phim khoa học giả tưởng Star Wars (Chiến tranh giữa các vì sao) của Hollywood.

Theo báo cáo nghiên cứu trên tạp chí Nature, Mikhail Lukin - giáo sư vật lý thuộc Đại học Havard và đồng nghiệp Vladan Vuletic - giáo sư vật lý của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã có phát hiện bất ngờ sau khi cho nổ tung các hạt photon thông qua một đám mây nguyên tử rubidi.

Giáo sư Lukin cho biết, khi một photon xâm nhập vào đám mây nguyên tử lạnh, năng lượng của nó kích thích những nguyên tử ở dọc đường đi, khiến tốc độ dịch chuyển của photon bị chậm lại đáng kể. Khi photon đi xuyên qua đám mây, năng lượng đó được truyền từ nguyên tử này tới nguyên tử khác và cuối cùng ra khỏi đám mây cùng với photon.

Dạng vật chất hoàn toàn mới, có đặc tính hoạt động tương tự như thanh gươm ánh sáng trong phim khoa học viễn tưởng. (Ảnh minh họa: Corbis)

Ông Lukin giải thích thêm rằng: “Hiện tượng đó tương tự như hiệu ứng chúng ta quan sát được với sự khúc xạ của ánh sáng trong một cốc nước.

Khi ánh sáng đi vào nước, nó truyền một phần năng lượng của mình vào môi trường, và ở bên trong cốc nước, nó tồn tại như ánh sáng và vật chất hòa quyện với nhau, nhưng khi thoát ra ngoài, nó vẫn là ánh sáng.

Tuy nhiên, quá trình chúng tôi mới khám phá có khác đôi chút là, ánh sáng bị giảm tốc đáng kể và có nhiều năng lượng bị phân tán đi hơn so với trong quá trình khúc xạ”.

Khi cho nhiều hơn một photon đi vào đám mây rubidi cùng lúc, nhóm nghiên cứu nhận thấy, các hạt đã kết tụ với nhau để tạo thành một phân tử. Họ tuyên bố, thứ vật chất vừa tạo ra, cho đến nay, mới hoàn toàn có trong lý thuyết và đi ngược lại quan điểm được chấp nhận hàng thập kỷ nay về bản chất của ánh sáng.

Photon từ lâu được miêu tả là các hạt không có trọng lượng và không tương tác với nhau. Khi chiếu 2 tia laser vào nhau, chúng đơn giản sẽ trượt qua nhau.

Tuy nhiên, theo ông Lukin, các phân tử photon hành xử ít giống những tia laser truyền thống hơn, và có nhiều điểm tương tự hơn với một thanh gươm ánh sáng. Cụ thể là, khi các photon tương tác với nhau, chúng đẩy lùi và làm chệch hướng lẫn nhau.

Trong thực tế, hiện tượng mà ông Lukin và cộng sự quan sát được gọi là hiệu ứng chắn Rydberg (Rydberg blockade).

Mặc dù hiệu ứng này là bất thường, nhưng nó vẫn tiềm ẩn một số ứng dụng thực tế, chẳng hạn như photon có thể là phương tiện truyền tải thông tin lượng tử tốt nhất, phục vụ việc chế tạo một máy tính lượng tử. Hệ thống cũng có thể hữu dụng cho các máy tính truyền thống, giúp khắc phục hiện tượng phân tán năng lượng của những con chip.

Ông Lukin thậm chí còn đề xuất ứng dụng hệ thống một ngày nào đó trong tương lai để tạo ra các cấu trúc 3 chiều phức tạp, chẳng hạn như tinh thể, hoàn toàn từ ánh sáng.

Từ khóa liên quan:

vật chất mới

Dạng vật chất mới

đám mây nguyên tử rubidi

hiệu ứng chắn Rydberg

Rydberg blockade

nổ tung hạt photon

Mikhail Lukin