SỰ KIỆN NOBEL VẬT LÝ 1996 ppt

GIẢI NOBEL VẬT LÝ 1996
Giải Vậtlý Nobel năm 1996được trao cho các giáo sư người Mỹ DavidM. Lee
tại Đạihọc Cornellở Ithaca (New York,Mỹ), Douglas D. Osheroff tạiĐại học
Stanfordở Stanford (California, Mỹ) và RobertC. Richardsontại Đạihọc Cornellở
Ithaca (NewYork,Mỹ) “dophát minhcủa họ về tính siêu lỏng của heli-3”.
Khi nhiệt độ hạ thấp vào mộtngày đônglạnh giá, hơi nước trở thànhnước
và nướctrở thànhbăng. Những sự chuyển phanày và nhữngtrạng thái thay đổi
của vật chấtcóthể đượcmô tả nhờ vật lý cổ điển. Khi nhiệt độ giảm, điều xảy ralà
khôngcòn chuyển động nhiệt hỗnloạn trong các chấtkhí, chấtlỏng và chất rắn.
Nhưng tìnhhình sẽ trở nênhoàn toàn khác khinhiệt độ tiếp tục giảm và tiến đến
khôngđộ tuyệtđối (hay -273, 150C).Trongcác mẫuheli lỏng xảy racái gọi là hiện
tượng siêu lỏng.Vật lý cổ điển không thể giải thích đượchiện tượngnày. Khi một
chất lỏng trở thành siêu lỏng,các nguyên tử của chất lỏng bỗng dưng mấttoàn bộ
sự hỗnđộn củachúng và chuyển động theomột cách phối hợp trong từng chuyển
động. Điều này làm chochất lỏngmất toànbộ ma sáttrong. Khiđó chấtlỏng có thể
chảyqua các lỗ rất bé và thể hiện một loạtcác hiệuứng không cổ điển khác. Để thu
được hiểu biết cơ bảnvề các tínhchất của một chấtlỏng như vậy cần phảinhờ đến
vật lý lượng tử và các chất lỏng rấtlạnh này do đó được gọi là các chất lỏng lượng
tử. Bằng cách nghiên cứu cáctính chất của các chất lỏng lượngtử mộtcách chi tiết
và sosánh chúng vớicác dự đoán của vậtlý lượng tử nhiệt độ thấp, các nhànghiên
cứu cóthể cung cấp thông tin cơ bản để mô tả vậtchất ở mức vi mô.
Đầu nhữngnăm 1970tại phòng thí nghiệmnhiệt độ thấp ở Đại học Cornell,
Lee, Osheroff vàRichardsonđã phát hiện thấy rằng mộtđồng vị của helilà heli-3
có thể trở thành siêu lỏng tại mộtnhiệt độ chỉ khoảng haiphần nghìn độ trên
khôngđộ tuyệtđối. Chất lỏnglượng tử siêu lỏng này khác hẳn với chấtlỏnglượng
tử siêu lỏngmà người ta phát hiện thấy vào những năm 1930 ở nhiệt độ khoảng
hai độ (cao hơnmột nghìn lần) trongmột đồngvị khác của heli làheli-4. Chấtlỏng
lượng tử mới (heli-3) có những tínhchất rấtđặc biệtchẳng hạn như các định luật
lượng tử của vật lý vimô thỉnhthoảng cũngtrực tiếpchi phối dáng điệu của các
vật vĩ mô.
Không khí màchúng ta hítthở khôngchỉ chứa oxi và nitơ mà còn chứa các

khí khác nữa trong đó có khí heli mặc dù rất nhỏ. Trongtự nhiên, khí trơ helitồn
tại ở haidạng gọi là các đồng vị với cáctính chất khác nhaumột cách cơ bản.Đồng
vị nặnghơn là heli-4 và đồng vị nhẹ hơn là heli-3. Hầu như toàn bộ helilà heli-4.
Còn heli-3chỉ chiếm một phần rất nhỏ (khoảng một phần triệu tổng số heli). Heli-4
có mộthạt nhân với haiproton và haineutron (tổng số nucleon là 4).Hạt nhân
được baoquanhbởi một lớpvỏ electronvới haielectron. Dosố hạt cấu thành lên
nguyêntử heli-4là chẵn nên nguyên tử heli-4 là một boson.Hạt nhân củaheli-3
cũng có hai protonnhưng chỉ có một neutron. Lớp vỏ electroncủa nguyêntử heli-
3 cũng có haielectron và do đó nguyên tử heli-3 có chứa một số lẻ hạt. Vì thế
nguyêntử heli-3là một fermion.Do haiđồng vị này của heli đượcđược cấu thành
từ số hạt khác nhaunên chúng có dáng điệu khác nhaukhi chúng được làm lạnh
tới cácnhiệt độ gần khôngđộ tuyệt đối.
Các boson như heli-4tuân theo thống kê Bose-Einstein. Trong cácđiều kiện
nào đó,chúng ngưng tụ ở trạng tháicó năng lượng nhỏ nhất. Quá trìnhchuyển pha
trong đó xảy rađiều đó được gọi là sự ngưng tụ Bose-Einstein.Người đầu tiên làm
lạnh khí heli-4đến các nhiệt độ thấp sao chonó hóa lỏnglà Heike Kamerlingh-
Onnes(Giải NobelVật lý năm1913). Điều này xảy ra vào đầunhững năm1900.
Thậmchí khi đó Kamerlingh-Onnes lưu ý rằngkhi nhiệt độ tiến đến khoảng2 độ
trên không độ tuyệt đối, trong chất lỏngxảy ra một điều đặc biệt gì đó. Nhưng phải
đến cuốinhững năm 1930Pjotr Kapitsa(Giải Nobel Vậtlý năm 1978)bằng thực
nghiệmmới pháthiện được hiện tượng siêuchảy trong heli-4. Hiện tượng này lúc
đầu đượcFritz London giải thích mộtcách có hệ thống và sau đó được LevLandau
(GiảiNobel Vậtlýnăm 1962) giải thích mộtcách chi tiết. Cácgiải thích dựa trên cơ
sở thực tế là chất lỏng siêu lỏngmà nó xuất hiệntại một chuyển pha khinhiệt độ là
2,170 trên không độ tuyệt đối làmột loại ngưng tụ Bose-Einsteincủa cácnguyên
tử heli.
Các fermion như heli-3 tuân theo thống kê Fermi-Diracvà thựctế không bị
ngưngtụ ở trạng thái nănglượng thấp nhất.Do đó, sự siêu lỏng không xảy ratrong
heli-3 giống như trong heli-4,nghĩalà heli-3 không thể hóa lỏngở một nhiệt độ
khoảng một vàiđộ trên không độ tuyệt đối. Nhưngcác fermionthực tế có thể bị

ngưngtụ nhưngtheo một cách phứctạp hơn.Điều nàyđã được đề xuất trong lý
thuyết BCSđối với siêu dẫn trong các kimloại. Lýthuyết này do John Bardeen,
Leon Cooper và RobertSchrieffer (Giải NobelVật lý năm 1972)thiết lập. Lý thuyết
BCS dựa trên cơ sở thực tế là electronlà một fermion(nó chỉ có mộthạt tức là nó
chỉ có một số lẻ hạt) và do đó tuân theo thống kê Fermi-Diracgiống như heli-3.
Nhưng các electrontrongcác kim loại đượclàm lạnh mạnh có thể kếthợp thành
từng đôi gọilàcặp Coopervà do đó có dáng điệu như các boson. Các cặp Coopercó
thể tạora một sự ngưng tụ Bose-Einstein. Xuất pháttừ kinh nghiệmtạo ra siêu
lỏng trong heli-4và siêudẫn trong các kim loại, người ta hi vọng rằng cácfermion
trong chất lỏngheli-3 sẽ có khả năngtạo ra các cặp boson và sự siêu lỏng có thể
thu được trong các mẫurất lạnh của đồng vị heli-3.Mặc dù nhiều nhóm nghiên
cứu đã xem xét vấn đề này trong nhiều năm (đặc biệt là trongnhữngnăm 1960)
nhưng không có nhómnào thànhcông và nhiều người cho rằng không thể tạo ra
hiện tượngsiêu lỏngtrong heli-3.
David Lee,DouglasOsheroffvà RobertRichardson đã sử dụng một vài
xangtimet khối heli-3lỏngđể tiến hành các thực nghiệm mà chúngdẫn đến phát
minh được traoGiải thưởngNobel Vật lý năm 1996.Họ đã thayđổi áp suất, nhiệt
độ vàthể tích của heli-3 lỏng và theo dõi cẩn thận sự phụ thuộc lẫn nhaucủa các
biến số đó. Họ là các chuyên gia nhiệt độ thấpở Đại học Cornellvà họ đã tự chế tạo
ra thiết bị nghiên cứu. Nhờ đó họ có thể tạo ra các nhiệt độ thấp sao chomẫu ở
nhiệt độ khoảngmột vài phần nghìn độ trên không độ tuyệt đối.David Leevà
Robert Richardsonlà các nhà nghiên cứulâu nămtrong khi DouglasOsherofflà
một nghiên cứu sinh.Họ ở trong cùngmột nhómnghiên cứu. Thực tế là cácnhà
khoa họcnày xemxét một hiện tượng kháclà một sự chuyển pha chomột loại trật
tự từ trongheli-3 đóngbăng. Để tìm sự chuyển pha này, họ nghiên cứu áp suất đo
được trong mẫu như một hàm củathời gian trong đó thể tích tăng và giảm chậm.
Osheroffquan sát thấy những bướcnhảy phụ nhỏ trên đường cong đo được Cóthể
coi những sự lệch nhỏ như thế là đặctính khôngthể giải thích đượccủa thiết bị
nhưng Lee,Richardsonvà Osheroff cho rằng đó là một hiệu ứng thực sự. Trong
một thông báo đầu tiên công bố năm 1972, kết quả này được giải thích như một sự

chuyển phatrong heli-3 đóng băngmà nó xảy ra ở các nhiệt độ thấp. Nhưng do
việc giải thích không tương ứng chính xác với các kếtquả đo, cácnhà nghiên cứu
nói trên đã thực hiện một loạt phép đokhác và cũng trong năm 1972trong bài báo
thứ haihọ đã chứng minh rằng thựctế có hai sự chuyển pha trong heli-3lỏng. Phát
hiện này báotrước sự mở đầu choviệc nghiên cứu mạnh mẽ đối với chất lỏng
lượng tử mới. Nhà lý thuyết Anthony Leggettcó mộtđóng gópđặc biệt quantrọng
khi đưara giải thích phát minhcủa Lee, Richardsonvà Osheroff. Như vậy, cácđịnh
luật của vật lý lượng tử đối với cáchệ vimô đôi khi cũng chi phối trực tiếp các hệ
vĩ mô.
Sau phátminh chất lỏng mới, nhóm nghiên cứucủa OlliLounasmaaở Đại
học Côngnghệ Helsinkiđã chứng minhrằng chất lỏng mớilà chất siêu lỏng.Họ đã
đo sự tắt dần củamột dây daođộng đặt vào trongmẫu và pháthiện thấy rằng sự
tắt dần giảm đi một nghìn lần khichất lỏng bao quanhtrải qua sự chuyển phađến
trạngthái mới.Điều này chứng tỏ rằng chất lỏng không cóma sát trong (độ nhớt).
Nghiêncứu sau đó chỉ rarằng heli-3ít nhất có ba phasiêu lỏngkhác nhau
trong đó chỉ cómột pha xảyra nếu đặtmẫu trong từ trường. Như vậy, chất lỏng
lượng tử heli-3 thể hiện một cấu trúc phức tạp hơn nhiều so với heli-4.Chẳng hạn
như cấu trúc của heli-3 lỏngcó tính bất đẳng hướng,nghĩa là nó có cáctính chất
khác nhau theo các hướng không giankhác nhau.Điều nàykhông xảy ratrong các
chất lỏng cổ điển nhưng giống với các tính chất của các tinhthể lỏng do Pierre-
Gilles de Gennes(Giải Nobel Vậtlý năm 1991)phát hiện.
Nếu quaymột chấtlỏng siêulỏngvới một tốc độ vượt qua một giá trị tới
hạn, khiđó xuấthiện cáccuộn xoáy(vortice) vi mô. Hiệntượng cuộn xoáy trong
heli-3 siêu lỏngcũng cótrong heli-4siêu lỏng.Nhưng trongheli-3 siêu lỏmg, các
cuộn xoáy códạngphức tạp hơn. Các nhà nghiên cứu Phần Lan đã phát triển một
kỹ thuật mới bằng cách sử dụng cácsợi quangđể quansát trực tiếp xem các cuộn
xoáy tác động như thế nào đến bề mặt của heli-3quayở các nhiệt độ khoảng một
phần nghìn độ trên không độ tuyệt đối.
Phát minhcủa Lee,Osheroff vàRichardson thúc đẩy nghiên cứu ở tất cả các
phòngthí nghiệm nhiệt độ thấp trên thế giới.Các chuyển pha đến trạng thái siêu

lỏng trong heli-3lỏng đã được sử dụng để địnhrõ thangnhiệt độ ở các nhiệt độ rất
thấp.Chúng còn đónggóp cho sự hiểu biết ngày càng tăng của chúng ta về cácsiêu
dẫn nhiệt độ cao.
Gần đây, hainhóm nghiêncứu thực nghiệm đã sử dụng các chuyển pha đến
trạngthái siêu lỏng trongheli-3 để kiểm tramột lý thuyết nghiên cứu xemcác dây
vũ trụ (cosmicstring) có thể được tạo thành trong vũ trụ như thế nào. Các đối
tượng rất lớnmang tính giả thuyết này đượcxem là đóngvaitròquan trọngtrong
việc hìnhthànhcác thiên hà và chúng có thể sinhra do cácchuyển phanhanh
chóng trong vòng mộtphần củagiây sau vụ nổ lớn (Big Bang). Các nhóm nghiên
cứu đã sử dụng các phản ứng hạtnhân sinhra bởi neutrinođể làmnóng từng phần
và nhanhchóngcác mẫu heli-3siêulỏng của họ. Khi chúng được làm lạnh trở lại,
xuấthiện các quả bóng của các cuộn xoáy. Các cuộn xoáy này được cho là tương
ứng với các dây vũ trụ. Kết quả này khôngđược lấy làm chứngminh chosự tồn tại
của cácdây vũ trụ nhưnglý thuyết đã được kiểm tra cóthể áp dụng cho việc tạora
cuộn xoáy trongheli-3 siêu lỏng.
David M.Lee sinh ngày 20tháng 1 năm1931 tại thị trấnnhỏ Ryengay bên
ngoài thành phố New York( Mỹ). Ông là công dân Mỹ. Leebảo vệ luận án tiến sĩ vật
lý năm 1959tại Đại học Yale.Ông đã được traotặng Giảithưởng FrancisSimon
(1976)của Viện Vật lý Anh và Giải thưởngVật lý chất rắn Oliver E.Buckley (1980)
của Hội Vật lýMỹ dophát minhra siêu lỏng trong heli-3.Ông làgiáo sư tạikhoa
Vật lý của Đại học Cornell.
Cha mẹ ông sinh ra và lớnlên tại thành phố NewYork.Cha ông là một kỹ sư
điện và mẹ ônglà một giáo viên trườngcơ sở. Cha ônglà mộtgiám đốc côngty sản
xuấtđiện ở NewYork. Họ là con cái của nhữngngười DoThái di cư đến Mỹ từ Anh
và Lithuania vào cuối những năm 1800. Lúc nhỏ, Leethích sưu tầm các sinhvật
như ếch, cá, rắn, kỳ nhông vàsâu. Từ sáu tuổi, Lee thích sống ở các trại hè của trẻ
em ở NewEnglandvà điều đó làm cho Lee cànggắn bó với thiên nhiên. Một ham
thích khác của Lee là đường tàu hỏa. Lee có một bộ sưu tập về cácbảng giờ tàu hỏa
ở khắp nướcMỹ và trở thành một chuyên gia du lịch nhỏ tuổi. ChaLee muacho
Lee một bộ tàu hỏa. Việc đầu tiênLee làm lànối tàuvới một ổ điện và khiđó một

cơn mưa tia lửa điện baykhắpphòng. Leecòn quantâm đến khí tượng.Lee giữ các
bản ghi thời tiết riêngcủa mình và đặtmua bảnđồ thời tiết hàng ngàycủa cơ quan
dự báo thờitiết. Một ngày Lee hỏi cha mình về cuốn sách"Vũ trụ bí ẩn" của James
Jeans. ChaLee nói rằng không cómột ai thựcsự hiểu những gì viết trongcuốn sách
này. Lee đọc nó rất say mê và về sau Lee cho rằng chínhcuốn sách nàyđã làm cho
ông bắtđầu yêu thích vật lý. Ở trường trung cao,ngoài giờ học Leethích tham gia
các hoạtđộng thể thao như chạy thivà bóng đá.
Lee tốt nghệp trường trung cao năm1948 và vào học Đại họcHarvard
ngành vật lý. Ở đó, Lee còn học y học và tham gia Câu lạc bộ du thuyềnHarvard.
Lee từng tham gia cuộcthi du thuyền từ Newportở RhodeIsland đến Hamilton ở
Bermuda.Sau banăm rưỡi, Leetốtnghiệp hệ cao đẳng của Đại học Harvardvào
tháng1 năm 1952.Tháng 4năm 1952 Leetham gia quânđội Mỹ trong vòng 22
tháng.Ông đã trải qua nhiềuvị tríkhác nhautrong quân đội trên đấtMỹ trong
những giai đọncuối cùngcủa cuệc chiến tranhNam Triều Tiên. Một buổi tối trong
thời kỳ này, ông gặp một người lính trẻ có tên là HerbertFried.Hóa ra Friedlà một
nghiêncứu sinhcủa giáo sư PaulZilseltại Đại họcConnecticut. Zilsellà một
chuyên gia về lý thuyết siêu lỏng.Lee và Friedđã nói chuyệnvề heli-4siêu lỏng.Về
sau Friedlà giáo sư vật lý lý thuyếttại Đại học Brown. Tháng 2năm 1954sau khi
rời quân ngũ, Lee vào học Đại họcConnecticutmột phần do cuộc nói chuyệnvới
Fried và một phần dogia đình ôngchuyển đến Connecticut.Một năm rưỡi ở Đại
học Connecticut đem lại cơ hộicho ông học vậtlý thực nghiệm. Đề tài đầu tiên của
ông là xây dựngmột mạchđiều khiển chuẩn ion hóa cho máy gia tốcCockcroft-
Walton của giáo sư Edgar Everhart. Khi đó, các ống chân không là các phần tích
cực trong các mạch điện tử. Tại Connecticut, Lee kết bạn với John Reppy- người
sau này trở thành đồng nghiệpcủa ông trongnhóm nhiệt độ thấp của ôngtại Đại
học Cornell. John nghiên cứu thực nghiệm về helisiêu lỏng với giáo sư Charles
Reynolds.Reynold thực sự kích thích sự quantâm của Lee về siêu lỏngvà vật lý
nhiệt độ thấp. Cuối cùng Leehoàn thành cácđòi hỏi củabằng thạc sĩ khoahọc vật
lý tại Đại học Connecticutvà sau đó ông trở thành nghiên cứu sinh vật lý tại Đại
học Yalevào mùa hè năm 1955. Đề tài nghiên cứu mùa hè của ông tạiĐại họcYale

là chế tạo mộtmột máy tháokhuôn vòi phun thủy ngân cho máy gia tốc thẳngion
nặng khiđó đang được xây dựng. Bằngcách giải phóng nhiều electronhơn ra khỏi
một ion,người ta có thể làm tăng điện tích thực của nó vàdo đó gia tốc nó đến các
năng lượngcao hơn. Các electronđược giải phóng khỏi cácion một cách khácó
hiệu quả khicác ion đượcchuyển quamột vòi phunsiêu âm của cácnguyêntử
thủy ngân. Cũng trongmùa hè đầu tiên của mìnhtại Yale, Leegặp Russell Donnelly
- người hoàn thành luậnán tiếnsĩ về việc quayheli siêu lỏng trong nhóm nhiệt độ
thấpYale với sự hướng dẫn củagiáo sư CecilT. Lane. Nhà thực nghiệmtài năng
này cómột sự nghiệp nổi bật và sau này là giáo sư tại Đại học Oregon.Trong một
thời gian rất ngắn, Lee đã học đượcrất nhiều về thựcnghiệmvật lý nhiệt độ thấp
và cuộc sống củamột nhàvật lý thực nghiệm.Điều đó dẫn ông đến quyếtđịnh theo
đuổilĩnh vực chuyên sâu này. Thực maymắn là giáosư HenryA. Fairbankcủa
nhóm nhiệt độ thấp Yaledành một vị trí cho Lee. Fairbanklà một người thầytuyệt
vời và một người hướngdẫn luậnán tận tình.Khi đó,người ta đã thu được đồng vị
heli-3 và đề tài luậnán tiến sĩ của Lee có liên quan đến nghiên cứu heli-3lỏng.
Lee bảo vệ luậnán tiến sĩ của mình tại Đại học Yale vào tháng1 năm 1959
và sau đó đến làm việc tại Đại học Cornell.Ở đây, ông có nhiệm vụ thiết lậpmột
phòngthí nghiệm nghiên cứu vật lý nhiệt độ thấp và giảng dạy tại khoaVật lý. Lee
còn cótrách nhiệm đối với việc vận hànhmáy hóa lỏngheli. Mộtthời gianngắn sau
khi đến Cornell, Leegặp Dana - người sauđó trở thành vợ ông.Dana khiđó là một
nghiêncứu sinhdinh dưỡngvà hóa sinh.Dana sinh ravà lớn lên tạiThái Lan. Cha
Dana là người Copenhagen và mẹ Danalà người Thái Lan.Vợ chồngông sinh được
hai con trai. Lee trở thànhgiáo sư Đại họcCornell. Nhóm nhiệt độ thấp của ông ở
Cornell đượctăng cường với sự bổ sung vào năm 1960củagiáo sư JohnD. Reppy-
người từng là nghiêncứu sinh tại Connecticutvà sauđó tại Yale và Robert C.
Richardson từ Đại họcDuke. Sauđó, nhóm của Lee còn có thêm giáo sư Jeevak
Parpia.Qua nhiều năm, chươngtrình nghiêncứu của nhóm nhiệt độ thấp Cornell
rất thànhcông.
Ngoài công trình về heli-3siêu chảy, nhómcủa Lee đã có nhữngkết quả nổi
bật như phát minh của Lee, Reppy vànghiên cứu sinh ErlendGrafvề điểm ba tới

hạn trênđườngcong táchpha của hốn hợp lỏngcủa heli-3 và heli-4, phát minh của
Richardson và nghiên cứu sinh WillianP. Halperincùng cáccộng sự của họ về trật
tự phản sắttừ trongheli-3 rắn và phát minhcủa Leevà Jack H.Freed về các sóng
spin hạt nhân trong khí hyđronguyêntử phân cực spin.Hơn nữa, Reppy và các
sinh viên củaông ấy đã tiến hành nhiêu nghiên cứu mở rộngvề các dòng không tắt
trong heli-3 và heli-4 siêu chảy. Thực nghiệm của Reppycùng với nghiên cứu sinh
David Bishopchứng minh sự chuyển Kosterlitz-Thoulesstrong các màng heli-4
ssiêu chảy. Docôngtrình này, Reppy đã được trao tặngGiải thưởngFritz London
năm 1981.JeevakParpia gầnđây đã thực hiện mộtsố nghiên cứu rất lý thú về heli-
3 siêu chảy trong các hình giới hạn. Các giải thưởng khácđược traocho các thành
viên trongnhómcủa Lee gồm có Giảithưởng FrancisSimon(1976) củaViện Vật lý
Anh vàGiải thưởngOliver Buckley (1980) của Hội Vật lý Mỹ. Ngoài ra,DavidLee,
Robert Richardsonvà John Reppyđược bều làm việnsĩ Viện Hàn lam Khoa học
Quốc gia và Viện Hàn lâmNghệ thuật và Khoa họcMỹ. Lee nói rằng mộttrong
những phần thưởng xứng đángnhất trong sự nghiệp khoahọc củaông là cơ hội
làm việc cùngvới các nghiên cứu sinhvà theodõi sự phát triển củahọ sau khibảo
vệ luận án tiêns sĩ. Mộtnghiên cứu sinhcủa ônglà DouglasOsheroff- người cùng
chia sẻ với ông Giải thưởngNobel Vật lý năm1996. Osheroff là một ví dụ tiêu biểu
về mộtnhà khoahọc cực kỳ thành công khilà một nghiên cứu sinh và sauđó có
một sự nghiệpnổi bật tại Phòng thí nghiệm AT& T Bellvà tại Đại họcStanford.
Hầuhết các sinh viên khác của Leeđều có uytín cao trongkhoa học và công nghệ.
Lee nói rằngthành công củaông là nhờ có sự giúp đỡ của các họctrò và đồng
nghiệp củaông.
DouglasD. Osheroff sinh năm 1945 tại Aberdeen(Mỹ). Ông là công dân Mỹ.
Osheroffbảo vệ luận án tiếnsĩ vật lý năm 1973tại Đại họcCornell. Ôngđã được
trao tặngGiải thưởng FrancisSimon(1976) củaViện Vật lý Anh vàGiải thưởngVật
lý chấtrắn OliverE. Buckley(1980) của Hội Vật lý Mỹ do phát minhra siêu lỏng
trong heli-3. Osheroffcòn được traoGiải thưởngGoresdo thành tích giảng dạy
xuấtsắc tại Đại họcStanford. Ông là giáo sư tại khoa Vậtlý của Đại họcStanford.
Về huyết tộc, Osheroffxuấtphát từ một dòng họ pha trộn. ChaOsherofflà

con của nhữngngười DoThái nhậpcư từ Ngamột thời gianngắn saukhi bướcvào
thế kỷ XX.Còn mẹ Osheroff là con gái của mộtmục sư đạoTin lànhvà vị mục sư
này cócha mẹ là người vùngSlovakia. Osheroff lớnlên trong một giađình làm
nghề y. Ông nội Osheroff vàcác concủa ông ấyđều trở thành thầy thuốc hoặc cưới
thầythuốc. Chamẹ Osheroff gặp nhau ở New Yorkkhi cha Osheroff là một bác sĩ
thực tập nội trú và mẹ Osheroff làmột y tá. Cuối chiến tranhthế giới lầnthứ II,cha
mẹ Osheroff đến Aberdeen. Đó là một thị trấn nhỏ ở bờ biển phía tây của bang
Washington. Osheroff sinhra ở đó và là conthứ hai trong một gia đìnhcó năm
người con. Vì Osheroff sợ máu nên ông khôngbao giờ thích nghề y.Ông thích chụp
ảnh vàlàm vườngiống như chamình. Osheroff sớmquantâm đếnkhoa học tự
nhiên.Khi ông mới sáu tuổi, ông bắt đầu tháo tung từngmảnh đồ chơi của mìnhđể
nghịch các động cơ điện.Từ đó trở đi, những lúcrỗi rãi ôngđùa nghịch với vô số
các trò chơi cơ học, hóa họcvà điện.Ngôi nhàcủa gia đình ôngchứa đầy cácđồ
chơi vàkhoa học và dụngcụ cơ khí nhỏ. Vào năm cuối ở trường trungcao, Osheroff
đã chế tạođược một máy Xquang 100 keV. Ở trườngtrung cao, Osheroff làmột
học sinhtốt nhưngchỉ thựcsự nổi trội về haimôn vật lývà hóa học. Ông thích vật
lý hơn hóa họcvà thích nhất là làm thực nghiệm.
Osheroffvào học Viện Côngnghệ California(Caltech) ngành vật lý mà ở đó
Feynmanđang giảng dạy.ỞCaltech, Osheroff thamgiavào một nhóm sinh viên
nghiêncứu quansát sao hồngngoại dưới sự hướng dẫn củaGerry Neugebauer.
Ông còn bắt đầulàm việc tại phòng thínghiệm nhiệt độ thấp của DavidGoodstein.
Hai giáo sư DonMcCullumtừ U.C. Riverside và Walter Ogiertừ Cao đẳng Pamona
đã đếnđây để làm thực nghiệmtiến đếnnhiệt độ 0,5 Kbằngcách bơm lên mộtbể
heli trong đó có thể điều khiển cẩn thận màng siêu lỏng. Những người này đã khắc
sâu vào tâm trí của Osheroffvề vẻ đẹp củathế giới nhiệt độ thấp và thúcđẩy ông đi
đến quyết địnhtrở thànhmột nhànghiên cứuvật lý chấtrắn.
Osherofflàm nghiên cứu sinhtại Đại học Cornell. Ở đây, Osheroffđã gặp hai
người mà họ đóng vai tròrất quan trọng trong cuộc đời của ông. Tronglúc ôngđi
tìm nhà trọ, ônggặp PhyllisLiu người Đài Loan. Sauđó ba năm, Osheroffgặp lại
Liu và họ tổ chức đám cưới vào tháng8 năm1970sau khiLiu bảovệ luận ántiến sĩ.

Ngườithứ hailà giáo sư DavidLee -người hướng dẫn luận án của Osheroffvà
trưởng phòng thí nghiệmnhiệt độ thấp ở Cornell.Tháng 11 năm 1971 Osheroff và
Venky Narayanamurti ở Bell Labs phát hiện ra các chuyển pha bí ẩn trong tế bào
Pomeranchukvà Bell Labsnhận Osheroffđếnthực tập sautiến sĩ. Tháng 9 năm
1972 ôngcùng với vợ mình là Phyllisđến NewJersey. Vợ ôngthực tập sautiến sĩ
tại Đạihọc Princeton,còn ông đến Bell Labs ở đồi Murray.Osheroff làm việc tại
Phòng nghiên cứu chất rắn và nhiệt độ thấp dưới sự chỉ đạo của C. C. Grimesvà bắt
đầu muasắm thiếtbị cầncho việc nghiên cứu siêulỏngtrongheli-3. Việc muasắm
trangbị này đã đượctiến hành từ trước khi Osheroff đếnNewJersey. Từ năm
1973 đến năm1978, nhómcủa Osheroffđã đo được nhiềuđặc trưng quantrọng
của cácpha siêulỏngmàchúng giúpcho việc nhận dạngcác trạngthái vi mô phức
tạp. Nhómnày phát hiệnthấy các phasiêu lỏnghầu như phức tạpkhôngthể tin nổi
và chúng được mô tả cực kỳ tốtbởi lý thuyếtBCS. Năm1977 Osheroffquyết định
nghiêncứu heli-3rắn.Đó là đề tài luận án ban đầu của ông.Đồng thời ôngcùng với
Gerry Dolanbắt đầu nghiên cứu kiểm tra một số ý tưởng của DavidThouless về sự
định xứ electrontrong cáchệ hỗn độn một chiều. Vào cuối năm 1979, cả hai cố
gắngnày đều thành côngngoài sự mong đợi. Nhóm của Osheroff đã pháthiện ra
cộng hưởngphản sắt từ trong các mẫu heli-3 rắn cótrật tự spin hạt nhân.Các mẫu
này được chuyển trựctiếp từ phasiêu lỏngsang pharắn có trật tự spin.Cùng lúc
nhóm nhiệt độ thấp tại Đại học Floridacũngkhám phá ra các cộng hưởng này. Do
nhóm của Osherofflàm lạnhcác mẫu của họ bằng sự khử từ hạt nhân đoạn nhiệt
đối với đồng và sự làm lạnh này khác với sự làm lạnh Pomeranchuknênchỉ có
nhóm này có thể tạo ra và nghiên cứucác tinh thể đơn. Dođó, nhóm của Osheroff
có thể nhận dạng các định hướng miền từ cho phép.Cuối cùngOsheroff, Mike
Cross vàDaniel Fisherxác định được sự đối xứngcủa cấu trúcmạng con từ và
phỏngđoán đúngcấu trúctrật tự chính xác. Sau đó,cấu trúctrật tự này đã được
xác nhậnbằng tán xạ neutronphân cực. Nhữngsự dịch chuyển tần số do cộng
hưởngphản sắt từ này làm cho heli-3rắn trở thành mộthệ từ mô hìnhcực kỳ có
ích. Để hiểu cácdịch chuyển nàyvề mặtlý thuyết, nhómcủa Osheroffsử dụng hình
thức luận của Leggett trong việc giảithích những dịch chuyển tầnsố đối với heli-3

siêu lỏng.
Osheroffvà Dolan phát hiệnra sự phụ thuộcnhiệt độ của điệntrở suất
trong các vật dẫn hỗn độnhai chiều. Phil Andersonvà “nhóm bốn” củaông vừa
mớidự đoán điều này màhọ gọi là “sự địnhxứ yếu”.
Năm 1987 sau15 năm làmviệc ở Bell Labs, Osheroff chuyểnđến Đại học
Stanford.Ông luôn luôncho rằng BellLabs làchỗ lý tưởngđể tiến hànhnghiên cứu
khoa học. Osheroffchuyển chỗ làm việc một phần vì vợ ôngkhông vừaý với công
việc ở NewJerseyvà muốnchuyển đến một côngty công nghệ sinhhọc ở
California.Osheroff làm giáo sư khoaVật lý của Đại học Stanfordtừ năm 1993 đến
năm 1996và thôi chức danhnày vào tháng 9năm 1996để dành nhiều thờigian
hơncho các nghiên cứu sinh cuả ông. ỞStanford,Osheroff cùng với các học trò của
mình tiếp tụcnghiên cứu về heli-3rắn và siêu lỏng. Ngoài ra, ông còn nghiên cứu
các tính chất nhiệt độ thấp của các chất rắn vô định hình. Nhómcủa ông đã chứng
minh rằng cáctương tác giữa các khuếch tật hoạt động trong cáchệ nàylàm phát
sinh mộtlỗ trong mối quan hệ giữa mậtđộ trạngthái và trườngđịa phương giống
như trong các thủy tinhspin.Trongcác vật liệu vô địnhhình, có thể đođược kích
thướccủa các chùm kết cặp đốivới các khuếch tật như vậy mà khó có thể làm
được trong các thủy tinhspin.
Robert C. Richardsonsinh ngày 26tháng 6 năm 1937 tại bệnh viện Đại học
Georgetown ở Washington(Mỹ). Ông là côngdân Mỹ. Richardsonbảo vệ luận án
tiến sĩ vật lý năm1966 tại Đạihọc Duke.Ông đã được trao tặngGiải thưởng
Francis Simon (1976) của Viện Vật lý Anhvà Giảithưởng Vật lýchấtrắn OliverE.
Buckley(1980) củaHội Vật lý Mỹ do phát minhra siêu lỏngtrong heli-3.Ông là
giáo sư tại khoa Vật lý củaĐại họcCornell.
Cha mẹ Richardsonlà Lois PriceRichardsonvà RobertFranklinRichardson.
Họ sốngở Arlington. Richardsonchỉ có một em gái làAddieAnn Richardson.Trong
chiến tranh thế giới lầnthứ II,cha Richardsontham giavào quân đội Mỹ. Tên đầy
đủ củaRichardson là RobertColemanRichardsonvà đó cũng là tên của cha ông.
Cha ônglà người Virginia vàlàm việc cho Công ty điện thoạiChesapeakevà
Potomac ở Richmond.Cha ôngđã tốtnghiệpĐại họcMaryland. Còn mẹ ônglà

người Bắc Carolina.Bàđã học ở nhiều trườngđại học như Cao đẳng GulfPark,Đại
học Alabama,Đại học Mississippi,Đại học Virginia và đã nhậnđược bằngthạc sĩ
lịch sử.Richardsonhọc trường cơ sở Walter Reedvà trường trung cao
Washington-Lee.Tại trường trung cao, Richardson được dạy rằng không độ tuyệt
đối là nhiệtđộ tại đó tất cả các chuyển độngđều dừnglại. Thưc maymắn là điều
này là một sai lầm. Nếu khôngthì heli-3 có thể không trở thànhsiêu lỏng.
Richardson vào họcĐại học Bách khoaVirginia(VPI) (còn gọi làVirginia
Tech) năm 1954. Lúc đầu,ông học điện, sau đó chuyển sanghọc hóavà cuối cùng
chọn họcvật lý.Trong quá trình học đại học,vào mùahè Richardsoncó một công
việc rấtthú vị tại Cục Tiêu chuẩn Quốc gia(NBS). Richardsonxem xét cách định cỡ
các chuẩn điện trở màcác công ty điệngửi đến NBS mỗi năm một lần. Chương
trìnhcủa NBS đối với cácsinh viên hè rất hấpdẫn. Trước hết,sinh viên đượctrả
công xứngđáng.Thứ hai là họ thực sự làm công việc nghiên cứu có ích. Cuối cùng,
họ được thamdự mộtloạt xeminahàng tuần để nângcao sự hiểu biết.Ở NBS,
Richardson cònđọc tài liệu khoa học về thiết bị điện và thậm chígặp mộtsố tác giả
của một số bài báo kinh điển. NBScung cấpcho Richardsonkinh nghiệm về nghiên
cứu khoahọc.
Sau khi tốt nghiệp đại học, lúc đầu Richardsoncó một ý tưởng mơ hồ là vào
học mộtchương trình sau đại học về thương mại với hi vọng trở thành một người
điều hành trong mộtcông ty lớn.Sau đó, ông vào họcVPI mộtnăm nữađể nhận
được bằng thạc sĩ trướckhi thực hiện nghĩa vụ quân sự như một sĩ quan quân đội.
Đề tài luận án thạc sĩ của ônglà phép đo thời gian sốngcủa các hạttải bị ánh sáng
kíchthích tronggecmani.Richardsoncần chế tạo cả thiết bị đovì người hướng dẫn
luận áncủa ông là TomGilmervừa mới đến VPIvà lúc đó phòng thí nghiệm không
có gì cả. Gilmerrất bận với công việc trưởngkhoa và các giáo sư VPI thường quá
tải về giảng dạy. Richardson học cách tự làm lấy mọi việc. Richardson tham gia
quân đội Mỹ từ tháng11 năm1959 đến tháng5 năm 1960.Sau khi rời quân ngũ,
ông trở thành nghiên cứu sinhcủaĐại học Duke vào mùa thu năm 1960.Trongđề
tài đăng ký nghiên cứusinh, Richardson định làm một bìnhDewar đơn giản cho
nitơ lỏng và ông cảm thấy bị thu hút bởi lĩnh vực vậtlý nhiệt độ thấp. Ông đã đọc

một số bài báovề cácnghiên cứu tại Đại học Dukevà do đó ông quyết định nộp
đơn đăng kýnghiên cứu sinhtại trường này.Rechardsonnhận đượcmột lá thư từ
HorstMeyerkhi đó làmột trợ lýgiáo sư mới ở Duke. Meyer khuyến khích
Richardson đến cùng làmviệc với ông ấy.
Ở Duke,Richardson gặp Betty McCarthyvà họ tổ chức đám cướinăm 1962.
Vợ ôngcũng làmột nghiên cứu sinhvật lý. Vợ chồng ôngcó hai con gái làJennifer
(sinh năm 1965)và Pamela (sinhnăm 1966).
Meyerlàmột ngườihướng dẫn rấtchu đáo. Meyerđã cung cấp cho
Richardson kiến thức và kinh nghiệm về công nghệ nhiệt độ thấp mà ôngấy học
đượckhilà một cộngtác viên nghiên cứutại Phòng thí nghiệmClarendonở Oxford.
Họ là những người bạntốt của nhau.Bill Fairbank rời khỏi Duke trước khi
Richardson đến Duke.Nhiều thiết bị cũ và phần cònlại của công nghệ thựcnghiệm
từ Bill Fairbankđược giữ lại. Meyer có các kỹ thuật khác với Fairbank và các kỹ
thuật của Fairbankvà Meyer đượckết hợpvới nhau. Cả hai kỹ thuật nàyđều có ưu
điểm.Meyer còn hướngdẫnRichardsonnghiên cứucộng hưởngtừ hạtnhân (NMR)
đối với tương tác traođổi trong heli-3.EarleHunt đếnDuke làmcộng tác viên
nghiêncứu của Meyer vàHunt hướngdẫn choRichardson về cácphương pháp
mớiđối với các tiếng vọng spincộng hưởng từ hạt nhân phát xung.Việc kết hợp
kiếnthức mà Richardson thu nhậntừ Meyer và Huntthực tế là phần còn lại trong
sự nghiệp nghiên cứu của Richardson.
Richardson hoànthành luận ántiến sĩ năm 1965 và ôngở lại Dukelàm một
cộng tác viên nghiên cứu. Khiđó, ở Đại học Cornell có nghiên cứu về vậtlý nhiệtđộ
thấp.Mùa xuân năm 1966, Phòngthí nghiệmvật lý nguyên tử và chất rắncủa Đại
học Cornell mời Richardsonvề làmviệc cùngvới DavidLee và John Reppyđể
nghiêncứu heli ở nhiệt độ rất thấp.
Richardson chuyển giađình mìnhđến Ithacatháng 10năm 1966. Môi
trường nghiên cứu ở Cornell rấttốt với một loạt cácnghiên cứu sinh tài năng,các
đồngnghiệp gắnbó cả về lý thuyết vàthực nghiệm và mộtnhóm các chuyên gia hỗ
trợ kỹ thuật sẵnsàng giúp đỡ bấtcứ việcgì. Vợ của Richardson giảng dạy vậtlý ở
Cornell.và về sau trở thành một giảng viên cao cấp. Con gái đầu của Richardson

bảo vệ luận ánthạc sĩ mỹ thuậttại Đại học Columbia.Còn con gái thứ hai củaông
khi đanghọc Đại học Vanderbiltđể lấy bằng thạc sĩ thì bị chết do bệnh tim.