BẢN TIN VẬT LÍ THÁNG 9 2009

© hiepkhachquay

Bản tin Vật lí
tháng 8/2009

Kiên Giang, tháng 8 / 2009


Bản tin tổng hợp hàng tháng
©
© />HiepKhachQuay tổng hợp từ nguồn tin physicsworld.com


Trông thấy sự vi phạm đối xứng ở ytterbium lớn
nhất từ trước đến nay

Các nhà nghiên cứu Berkeley thiết kế thiết bị riêng của họ dùng để phát hiện ra sự vi phạm tính chẵn lẻ lớn hơn
nhiều được tiên đoán cho ytterbium. Trong thí nghiệm của họ, kim loại ytterbium được làm nóng đến 500 độ
Celsius để tạo ra một chùm nguyên tử, chùm này được gởi qua một buồng trong đó điện trường và từ trường
định hướng vuông góc lẫn nhau. Bên trong buồng, các nguyên tử ytterbium bị va chạm bởi chùm laser, chuyển
sang kích thích một số electron của chúng lên những trạng thái năng lượng cao hơn thông qua một chuyển tiếp
“bị cấm” (ít có khả năng xảy ra). Sau đó, các electron nhảy về trạng thái năng lượng thấp hơn theo những lộ
trình khác nhau.
Các tương tác yếu giữa electron và hạt nhân – cộng với các tương tác yếu bên trong hạt nhân nguyên tử - có
tác dụng hòa trộn một số trạng thái năng lượng electron với nhau, tạo ra một đóng góp nhỏ cho chuyển tiếp bị
cấm. Nhưng những quá trình điện từ khác, bình thường hơn, có mặt do tính không hoàn hảo của thiết bị, còn
hòa trộn các trạng thái đó và làm lu mờ dấu hiệu. Mục đích của điện trường và từ trường của buồng là khuếch
đại hiệu ứng vi phạm tính chẵn lẻ và loại bỏ hay nhận ra những hiệu ứng điện từ giả mạo này.
Trên cơ sở phân tích dữ liệu của họ, các nhà nghiên cứu nhận thấy một dấu hiệu rõ rang cho các vi phạm tính
chẵn lẻ nguyên tử, lớn hơn 100 lần so với dấu hiệu tương tự đối với caesium. Với các tinh chỉnh cho thí nghiệm
của họ, cường độ và tính rõ ràng của dấu hiệu ytterbium hứa hẹn những tiến bộ quan trọng trong nghiên cứu

các lực yếu.

Các nhà vật lí ở Mĩ và phát hiện ra sự vi phạm đối xứng nguyên tử lớn nhất từng
trông thấy từ trước đến nay, trong một nguyên tử ytterbium – lớn hơn 100 lần so với hiệu
ứng lớn nhất từng quan sát thấy tính cho đến nay trong các nguyên tử caesium. Với nghiên
cứu thêm nữa, những kết quả trên có thể làm sáng tỏ cách thức neutron phân bố trong hạt
nhân, cái sẽ giúp các nhà vật lí tìm hiểu xem các tương tác yếu hoạt động như thế nào bên
trong hạt nhân.
Tính chẵn lẻ là phép biến đổi cơ lượng tử đảo trục tọa độ không gian của một vật
trong không gian 3D. Nếu một hạt vi phạm tính chẵn lẻ, thì ảnh qua gương của nó sẽ hành xử

© hiepkhachquay | Bản tin Vật lí tháng 8/2009

1


khác đi và những hạt như vậy có thể được mô tả là “thuận” trái hoặc “thuận” phải. Lực yếu vi
phạm tính chẵn lẻ bởi nó chỉ tác dụng lên các hạt thuận trái, chẳng đả động gì đến các hạt
thuận phải.

Một sự vi phạm mang tính lịch sử
Lí thuyết vi phạm tính chẵn lẻ lần đầu tiên được thiết lập vào giữa thập niên 1950
nhưng mãi cho đến những năm 1970 thì mọi thứ mới thật sự sáng tỏ về mặt thực nghiệm.
Nhà vật lí người Pháp Marie-Anne Bouchiat đã nhận thấy cỡ của hiệu ứng tăng theo lập
phương của số nguyên tử, do đó sự vi phạm đối xứng dễ phát hiện hơn ở các nguyên tử nặng.
Hiệu ứng lớn nhất và chính xác nhất tính cho đến nay được phát hiện bởi một nhóm đứng
đầu là Carl Wieman tại trường Đại học Colorado ở Boulder vào năm 1997 ở caesium với độ
chính xác 0,3%.
Bước ngoặc mới nhất trong câu chuyện này là các kết quả ytterrium đến từ Dmitry
Budker và các cộng sự tại trường Đại học California, Berkeley. Đội nghiên cứu đã thiết kế

một thí nghiệm phơi một chùm nguyên tử ytterium trước điện trường và từ trường vuông góc
nhau. Cấu hình trường đó đặt ra tính thuận của thí nghiệm và một chùm laser được sử dụng
để kích thích các electron của nguyên tử từ trạng thái cơ bản “S đơn” lên trạng thái kích thích
“D-bộ ba” thứ nhất. Đội nghiên cứu đã đo tốc độ kích thích và nhận thấy với cấu hình trường
thuận trái thì các nguyên tử tạo ra sự chuyển tiếp thường xuyên hơn so với cấu hình thuận
phải. Sự vi phạm tính chẵn lẻ phát sinh do lực yếu hòa trộn trạng thái năng lượng điện tử cao
của chuyển tiếp với một trạng thái chẵn lẻ ngược lại lân cận (xem biểu đồ).

Để đảm bảo rằng sự vi phạm tính chẵn lẻ được quan sát thấy, các nhà nghiên cứu Berkeley đã thận trọng chọn
chuyển tiếp “cấm”, hay ít có khả năng xảy ra này để loại trừ những hiệu ứng điện từ khác sẽ có mặt trong một
chuyển tiếp phổ biến hơn. Đội nghiên cứu còn làm chủ được việc tăng cường hiệu ứng vi phạm tính chẵn lẻ với
điện trường ngoài vì điện trường này đồng thời hòa trộn những trạng thái chẵn lẻ ngược nhau, cho phép
nguyên tử Yb trải qua chuyển tiếp bị cấm. Sự giao thoa của hai loại hòa trộn cho phép đội nâng cao một cách
hiệu quả hiệu ứng mà họ đang tìm kiếm.

Vượt ngoài mô hình chuẩn?
Hiện nay, các kết quả không thực sự chính xác lắm với sai số chung 14% nhưng đội
nghiên cứu hiện đang cải thiện sai số này. “Sai số này đủ để khẳng định rõ ràng rằng hiệu

2

thuvienvatly.com | © hiepkhachquay


ứng đó có mặt và là hiệu ứng lớn”, Budker nói. “Điểm quan trọng là chúng tôi bắt đầu khảo
sát các tương tác hạt nhân yếu một khi chúng tôi vượt qua mức chính xác 1% ở Yb, cái
chúng tôi rất lạc quan về nó”, ông thêm.
Một mục tiêu lâu dài là sử dụng sự vi phạm tính chẵn lẻ làm một công cụ tìm kiếm
nền vật lí mới nằm ngoài Mô hình Chuẩn. Tuy nhiên, trong những động cơ gần hơn là xác
định sự phân bố neutron bên trong hạt nhân, việc khó thực hiện với các phương pháp truyền

thống do sự thiếu điện tích của neutron. Điều này sẽ xác nhận hoặc bác bỏ các mô hình “lớp
vỏ neutron” tiên đoán rằng các proton được bao quanh bởi một lớp tương đối lớn hơn của các
neutron.
Budker còn hi vọng rằng các thí nghiệm cuối cùng có thể sẽ hé lộ “các mômen
anapole” từ trước đến nay chỉ trông thấy ở caesium. Các mômen anapole đi cùng với các
dòng điện cảm ứng bởi tương tác yếu quay tròn bên trong hạt nhân giống như các dòng điện
bên trong tokamak.
Nghiên cứu này được công bố trên server bản thảo arXiv.

© hiepkhachquay | Bản tin Vật lí tháng 8/2009

3


Vết nạn rứt trong định luật Planck

Các vật nhỏ Planck được mang lại rất gần nhau mà không chạm nhau

Những nghi ngờ lâu nay rằng định luật Planck bị vi phạm ở cấp độ chiều dài vi mô
giờ đang được sự hậu thuẫn của bằng chứng thực nghiệm.
Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và trường Đại học
Colombia vừa chứng tỏ được rằng định luật đó, liên hệ bức xạ phát ra bởi một vật với nhiệt
độ của nó, ước tính nhiệt phát ra thấp hơn đến ba bậc độ lớn khi hai vật cách nhau chỉ 30 nm.
Những phép đo truyền nhiệt bức xạ này – lần đầu tiên đo ở cấp độ chiều dài này –
được tiến hành bằng cách thêm một lớp vàng lên đầu mútcủa kính hiển vi lực nguyên tử
(AFM) sao cho nó uốn cong theo lượng nhiệt truyền qua.

Nghi ngờ của Planck
Thiết lập lần đầu tiên vào năm 1900, Max Planck luôn ngờ vực rằng định luật do ông
thiết lập không có giá trị ở những thang chiều dài có thể so sánh với bước sóng của bức xạ

nhiệt, một chế độ gọi tên là trường gần. Các tính toán bức xạ ở những khoảng cách vi mô này
tiếp tục trong thập niên 1950, nhưng việc xác nhận bằng thực nghiệm tỏ ra khó khăn – mãi
cho đến hiện nay.
Việc kiểm tra định luật Planck ở mức trường gần yêu cầu giữ hai vật ở rất gần nhau,
nhưng ngăn không cho chúng chạm nhau. “Chúng tôi đã thử làm như vậy trong nhiều
nămvới các tấm song song nhau”, Gang Chen thuộc MIT nói. Nhưng với phương pháp đó,
những khoảng cách nhỏ nhất thích hợp là một micron hoặc lớn hơn.

4

thuvienvatly.com | © hiepkhachquay


Việc chuyển sang phương pháp dựa trên cơ sở AFM là chìa khóa dẫn đến thành công.
Bằng cách gắn một hạt thủy tinh tròn nhỏ lên đỉnh của đầu mút, các nhà nghiên cứu đã thực
hiện được những khoảng cách hàng chục nanomet. Tiện lợi của việc sử dụng một vật hình
cầu là nó dễ duy trì ở một khoảng cách nhất định giữa một điểm và một bề mặt, so với giữa
hai bề mặt.

Giảm bớt sự dẫn nhiệt
Đội của Chen đã đo được tốc độ truyền nhiệt giữa hạt thủy tinh và ba loại chất nền
khác nhau: thủy tinh, silicon pha tạp chất, và vàng. Các thí nghiệm được thực hiện dưới chân
không để loại trừ sự dẫn nhiệt đáng kể qua khe không khí.
Các nhà nghiên cứu chiếu một laser 650 nm lên lớp vàng của đầu mút, làm nóng quả
cầu đó, nó phát ra bức xạ và nguội đi. Quy mô của sự thất thoát nhiệt này được tiết lộ bởi sự
uốn cong sau đó của đầu mút, gây ra bởi sự chênh lệch hệ số giãn nở nhiệt của hai chất liệu.
Hệ số truyền nhiệt cao nhất được tìm thấy xảy ra giữa một hạt thủy tinh và một chất
nền thủy tinh. Những chất liệu điện môi có cực này có các phân cực phonon mặt – gây ra bởi
sự kết hợp cộng hưởng giữa điện từ trường và các phonon quang trong các điện môi có cực –
và chúng làm tăng cường mạnh bức xạ trường gần.

Các đầu đọc cải tiến
Những nỗ lực của Chen và các cộng sự của ông có thể cải thiện mẫu thiết kế nhiệt của
các đầu đọc từ hiện nay trong các ổ đĩa cứng, chúng cách mặt đĩa khoảng 5-7 nm. Một điện
trở trong đầu đọc làm cho nó nóng lên, và công trình mới này cho phép các kĩ sư điều khiển
sự nóng lên này, hay thậm chí sử dụng nó để điều khiển khe hở.
“Có hai công ti hiện cũng đang tìm kiếm công nghệ ghi từ nhiệt hỗ trợ”, Chen
nói.Một lựa chọn cho việc tăng mật độ lưu trữ dữ liệu là thu nhỏ kích cỡ của các bit dữ liệu,
nhưng nếu chúng quá nhỏ thì sự mất dữ liệu xảy ra do các thăng giáng domain từ. “Người ta
đã phát triển những nam châm cứng hơn nhiều để ngăn cản các thăng giáng như thế, nhưng
thật khó ghi dữ liệu trên những nam châm cứng. Nhưng với việc sử dụng nhiệt cục bộ, người
ta có thể ghi dữ liệu đó”, ông thêm.
Mục tiêu tiếp theo cho các nhà nghiên cứu là lặp lại các phép đo của họ ở những
khoảng phân cách ngắn hơn. “Sự gồ ghề bề mặt là một thách thức lớn”, Chen nói, “và những
trở ngại khác là độ linh động cơ và độ tinh khiết của các bề mặt – nhưng cả hai chẳng dễ gì
định lượng được”.
Nghiên cứu này công bố trên tờ Nano Letters.

© hiepkhachquay | Bản tin Vật lí tháng 8/2009

5


ADN xoắn và uốn cong theo yêu cầu

Các mô hình cấu trúc nano xếp hình ADN xoắn và uốn cong. Mỗi ống trụ biểu diễn một chuỗi xoắn kép ADN.
Những đoạn cong được tô màu đỏ. Sự xoắn và cong là do sự tháo lắp hoặc lồng vào nhau của các cặp base.
(Ảnh: Hendrik Dietz)

Các nhà nghiên cứu ở Mĩ và Đức vừa phát triển một phương pháp mới biến đổi ADN

thành những hình dạng phức tạp bằng cách làm cho các phân tử đó xoắn lại và uốn cong. Kĩ
thuật có thể quan trọng trong việc chế tạo các viên gạch cấu trúc của dụng cụ thang bậc nano,
ví dụ như các vòng, bánh xe, solenoid và bánh răng phân tử, cho các ứng dụng trong các lĩnh
vực như phân phối thuốc và quang điện tử.
Phân tử ADN gồm hai chuỗi thẳng bện lại thành một chuỗi xoắn kép với một trong
bốn “base” khác nhau gắn với mỗi nhóm đường dọc theo các chuỗi. Ngoài việc là “viên gạch
cấu trúc của sự sống”, ADN còn là một chất liệu kĩ thuật hấp dẫn vì các chuỗi với những loạt
base bổ sung nhận ra và kết hợp với nhau, cho phép những cấu trúc phân tử phức tạp được
chế tạo bằng sự tự lắp ráp. Các nhà khoa học từ lâu đã biết rằng các phân tử ADN có thể uốn
cong thành các nucleosome trong đó phân tử ADN uốn cong xung quanh các protein với bán

6

thuvienvatly.com | © hiepkhachquay


kính cong nhỏ khoảng 4 nm. Giấc mơ là tạo ra được những cấu trúc nhân tạo nhại lại những
cấu trúc tự nhiên đó.

Thao tác trên ADN
Tuy nhiên, nay Hendrik Dietz thuộc trường Đại học Bách khoa München ở Đức và
Shawn Douglas cùng William Shih thuộc Trung tâm Ung thư Dana-Farber, Khoa Y Harvard
và Viện Wyss ở Harvard, vừa tiến thêm một bước lớn về phía mục tiêu này. Kĩ thuật của họ,
cho thêm các cặp base ADN vào các bó xoắn kép ADN hoặc lấy chúng ra, cho phép các nhà
nghiên cứu xây dựng được các bánh xe, khung vòm kích cỡ nano và những đối tượng cong
liên tục khác. Hướng và mức độ cong có thể điều chỉnh để tạo ra các phân tử uốn thành hình
cung với bán kính nhỏ cỡ 6 nm (Science325 725).
Shih và các cộng sự làm được như vậy bằng cách sử dụng các bó ADN xoắn kép song
song, giữ bên cạnh nhau bởi các liên kết ngang hình thành bởi các chuỗi vượt qua trên nhau
từ một chuỗi này sang chuỗi tiếp theo tạo thành một chất liệu rắn chắc bất ngờ. Việc sử dụng

một bó lớn chuỗi kép là quan trọng vì nó mang lại sự rắn chắc, Shih giải thích. Thật vậy, việc
uốn cong sẽ không có kích nếu như chất liệu mới đó quá mềm.
Tiếp theo, các nhà nghiên cứu loại bỏ hoặc chèn thêm vào các cặp base của ADN dọc
theo các chuỗi xoắn kép, giữa các liên kết ngang. Khi một cặp base bị loại bỏ thì chuỗi xoắn
kép co lại, và khi một cặp base được chèn thêm vào thì chuỗi xoắn kép nở ra.
Nếu như các cặp base được xóa một cách có hệ thống khỏi một lớp trong khi chúng lại được
chèn vào lớp đối diện của chuỗi kép, thì sự co/giãn thu được làm cho cấu trúc bị uốn cong.
Nói đơn giản, hình dạng là lõm nơi các cặp base bị lấy ra và là lồi nơi chúng được thêm vào.

Các phân tử uốn cong
Đội của Shih nói rằng đây là lần đầu tiên sự uốn cong ADN được điều khiển theo một
kiểu như vậy. Những nỗ lực trước đây dựa trên các tương tác vật liệu với protein để bẻ cong
ADN, còn phương pháp hiện nay chủ yếu dựa trên các tương tác với chính ADN. Các cấu
trúc tạo ra rất rắn chắc và có thể điều chỉnh tinh tế trên một ngưỡng rộng độ cong. “Về cơ
bản, chúng tôi đã thu được một bước nhảy lớn trong lượng cong điều khiển, đó là nguyên do
vì sao các kết quả của chúng tôi thật quan trọng”, Shih nói.
Những cấu trúc ADN cong, rắn chắc như vậy có thể dùng để xây dựng các vòng phân
tử, các bánh xe và solenoid phân tử. Từ đó, những viên gạch cấu trúc này có thể được chế tạo
thành những dụng cụ cho các ứng dụng trong những lĩnh vực như plasmon học – chẳng hạn,
để chế tạo ănten nano – và trong các liệu pháp điều trị như phân phối thuốc bên trong cơ thể.
Đội nghiên cứu nói hiện tại đội muốn xây dựng một số dụng cụ đơn giản sau khi đã
chứng minh các bánh răng và hình dạng bóng chuyền bãi biển bằng cách nối những thành
phần cong khác nhau lại với nhau. Các cấu trúc đó cũng cần phải được làm cho tráng kiện
hơn, nghĩa là giảm lượng khiếm khuyết hiện đang có mặt trong chúng.

© hiepkhachquay | Bản tin Vật lí tháng 8/2009

7

Màng xà phòng vỡ giống như lá cờ phần phật trước gió

Các nhà vật lí ở Pháp vừa chụp được những bức ảnh tốc độ cao cho thấy một màng xà
phòng bị chọc thủng dao động trong một khoảnh khắc trước khi vỡ tung thành một màn
sương mịn của những giọt nước. Các nhà nghiên cứu quy hành trạng kì lạ này cho cơ sở vật
lí tương tự đã làm cho đường viền lá cờ phần phật trước gió.
Thật ra thì mép ngoài của một màng bị chọc thủng không giãn nở theo kiểu êm đềm
như đã được lưu ý tới lần đầu tiên bởi nhà vật lí Lord Rayleigh hồi năm 1891. Nhưng mãi
cho đến cuối thập niên 1960 thì các nhà vật lí mới lần đầu tiên nhận ra rằng các lỗ thủng trên
màng xà phóng lớn dần lên qua các “ngón” đặc biệt, cái là nguyên nhân cho sự phun trào
quan sát thấy của các giọt nước. Cho đến nay, hiện tượng này chỉ được nghiên cứu từ trước
nhìn vào, cái đã đưa các nhà vật lí đến chỗ liên hệ những sự bất ổn định quan sát thấy với
động học nội tại của màng chất lỏng.
Tuy nhiên, trong nghiên cứu mới nhất này, Henri Lhuissier và Emmanuel Villermaux
tại trường Đại học Aix-Marseille vừa đi tới một phương pháp mới bằng cách quan sát màng
xà phòng từ một góc nghiêng và nghiên cứu cách nó hành xử khi nó vỡ tung. Để tạo ra màng
xà phòng, các nhà nghiên cứu đã kéo một cái khung rắn ra khỏi một dung dịch bột giặt
thương mại hiệu “Dreft”. Sự vỡ tung của màng xà phòng sau đó thực hiện trong một bầu
không khí hơi bão hòa.
Sử dụng một camera tốc độ cao với tốc độ khung hình lên 25000 khung hình mỗi
giây, các nhà nghiên cứu đã chụp được một màng xà phòng co dần trong không khí với mỗi
loạt trọn vẹn kéo dài thường chưa tới 0,01s. Họ nhận thấy rằng, ngoài việc lỗ thủng lớn dần
song song với màng, còn tồn tại một chuyển động thứ cấp vuông góc với mặt phẳng đó, làm
cho vùng đó của màng dần đến chỗ xuyên thủng dao động theo kiểu như lá cờ vẫy trước gió.
Công bố các kết quả của họ trên tờ Physiccal Review Letters, các nhà vật lí Pháo quy
sự phần phật này cho sự chênh lệch vận tốc giữa màng đang co nhanh và không khí đang
chuyển động chậm hơn. Khi các phân tử xà phòng bắt đầu sự đi qua của chúng, không khí
thổi xung quanh chúng dẫn đến sự mất ổn định – giống như một lá cờ bắt đầu phần phật khi
một dòng không khí nhanh (gió) thổi xung quanh nó. Một khi màng đã lùi đủ xa cho các gợn
sóng phần phật đi qua một ngưỡng cho trước, thì chuyển động một bên này có thể kích ngòi

cho sự mất ổn định thứ cấp làm phát sinh các lồi lõm.

8

thuvienvatly.com | © hiepkhachquay


Phần phật trước gió
Nhằm mang thêm bằng chứng rằng sự phần phật này có liên quan đến môi trường
ngoài, các nhà nghiên cứu cũng đã chụp các bức ảnh một màng xà phòng đang dao động
trong sulphur hexafluoride (SF6), chất đậm đặc gấp 5 lần không khí. Trong trường hợp này,
việc làm mất ổn định của lỗ chọc thủng phát triển nhanh hơn nhiều, đưa các nhà nghiên cứu
đến kết luận rằng tốc độ vỡ của màng xà phòng tăng theo mật độ của môi trường chứa nó.
Lhussier phát biểu với physicsworld.comrằng ông hiện đang chỉnh sửa kĩ thuật chụp
ảnh tốc độ cao của mình để nghiên cứu một hiện tượng còn phổ biến hơn nữa trong tự nhiên
– các bọt. “Việc áp dụng những lí thuyết như vậy cho các chóp bọt hoặc lớp vỏ là rất quan
trọng vì những bụi nước li ti mà chúng tạo ra trong khi vỡ tung là nguyên nhân cho một phần
lớn sự hình thành aerosol tự nhiên và vì thế giữ vai trò quan trọng trong khí hậu qua sự trao
đổi đại dương-khí quyển”, ông nói.

© hiepkhachquay | Bản tin Vật lí tháng 8/2009

9


Một dạng mới của cacbon

Cấu trúc dải của một mẫu graphene mọc ghép đa lớp. Các dải tuyến tính xuất hiện từ các điểm K trong cấu trúc
dải. Ba “hình nón” có thể trông thấy từ ba lớp graphene trong mẫu MEG.

Các nhà nghiên cứu ở Mĩ và Pháp vừa tìm thấy cái họ khẳng định là một dạng mới
của cacbon. Chất liệu mới chế tạo từ các lớp graphene – những tấm cacbon chỉ dày một
nguyên tử - xếp chồng lên nhau theo kiểu sao cho mỗi lớp độc lập về mặt điện tử học. Các
nhà nghiên cứu khẳng định rằng chất liệu đó, được đặt tên là graphene mọc ghép đa lớp
(MEG), có thể dùng trong điện tử học cacbon thay cho các tấm graphene lớp đơn và lớp kép
đắt tiền.
Graphene được tách ra lần đầu tiên chỉ mới cách đây 5 năm bằng cách bóc từng lớp
nguyên tử ra khỏi graphite bằng cách sử dụng băng dính trong suốt. Kể từ đó, graphene đã
làm kinh ngạc giới vật lí với độ dẫn cao của nó ở nhiệt độ phòng và với việc phá vỡ kỉ lục
bền hơn thép 200 lần khiến nó là một trong những chất liệu bền nhất từng được kiểm nghiệm.
Edward Conrad ở Viện Công nghệ Georgia và các cộng sự đã nuôi các lớp graphene
từ một chất nền silicon carbide theo kiểu sao cho mỗi lớp quay đi 30 độ so với lớp bên dưới.
MEG này khác với graphite có mặt trong tự nhiên ở chỗ mỗi lớp quay đi 60 độ so với lớp bên
dưới.
“Với sự xếp chồng mà chúng ta thấy ở graphite tự nhiên, mang lại sự kết hợp đặc biệt
giữa các lớp, có vẻ như tự nhiên đã làm chủ việc xếp chồng các tấm graphene theo một kiểu
không có ích cho điện tử học nói chung”, Conrad nói.
Các nhà nghiên cứu đã thực hiện tán xạ tia X và quang phổ quang phát xạ phân giải
góc (ARPES) trên một mẫu MEG với 11 lớp graphene để đo cấu trúc điện tử của nó. Họ
nhận thấy năng lượng electron trong một phần nhất định của cấu trúc dải tỉ lệ với động lượng

10

thuvienvatly.com | © hiepkhachquay


của nó, mang lại sự xác nhận rằng các electron hành xử giống như các hạt không có khối
lượng.
“Cấu trúc dải tuyến tính hoàn hảo này, gọi là hình nón Dirac, chưa từng được đo rõ
ràng như vậy trước đây trên các mẫu graphene khác”, Conrad nói. Sử dụng ARPES, Conrad

và các cộng sự trông thấy không có sự biến dạng của hình nón Dirac, nên họ kết luận không
có sự ghép cặp electron với các lớp khác trong mẫu và do đó mỗi lớp là cách li về mặt điện
tử.
Mặc dù các nhà nghiên cứu chỉ mới đang bắt đầu tìm hiểu nguyên do vì sao các lớp
trong mẫu MEG không ghép cặp với nhau, biết rằng chúng liên kết về mặt hóa học, nhưng họ
khẳng định những tính chất độc nhất vô nhị này có thể dùng làm cơ sở cho điện tử học
cacbon thay cho các màng graphene lớp đơn hoặc lớp kéo, chúngđòi hỏi phải tinh vi và tốn
kém để tách ra.
Một tiện lợi nữa của graphene mọc ghép là nó có thể sản xuất trên quy mô lớn.
Graphene thì tương đối không đắt tiền khi nuôi mọc ghép, như trong trường hợp MEG, do
giá thành của silicon cacbide, sản xuất tốn khoảng 100 đô la trên cm vuông. Theo Conrad,
giá thành này vẫn thấp hơn 1 triệu lần so với sản xuất graphene bóc vỏ. Các nhà nghiên cứu
hiện đang cố gắng chế tạo các transistor tốc độ cao từ MEG.
Nghiên cứu này được công bố trên server bản thảo arXiv

© hiepkhachquay | Bản tin Vật lí tháng 8/2009

11


Sự dư thừa positron liên quan đến pulsar Geminga

Ảnh minh họa vệ tinh PAMELA.

Có phải những sự dư thừa mới phát hiện gần đây của các electron và positron vũ trụ
là bằng chứng trực tiếp đầu tiên cho sự tồn tại của các hạt vật chất tối? Đó là niềm hi vọng
của nhiều nhà vật lí, trong khi những người khác thì đề xuất một nguồn gốc trần tục hơn ở
một pulsar láng giềng. Nay các nhà nghiên cứu ở Mĩ khẳng định rằng các dư thừa đó có thể
liên hệ với các tia gamma năng lượng cao phát ra bởi pulsar Geminga.
Vật chất tối lạnh là lời giải thích được chấp nhận nhất cho câu hỏi tại sao vũ trụ

dường như có khối lượng hấp dẫn ít hơn ít nhất là 80% so với cái nhìn thấy được. Các hạt vật
chất tối được trông đợi là sẽ va chạm với nhau và hủy nhau – tạo ra các hạt năng lượng cao
như electron và positron. Nếu những hạt này có thể quan sát thấy, thì chúng sẽ thể hiện bằng
chứng trực tiếp nhất từ trước đến nay cho sự tồn tại của vật chất tối.
Sự dư thừa các electron và positron năng lượng cao đến từ vũ trụ đã được báo cáo bởi
một vài thí nghiệm. Đặc biệt, hồi năm 2008, các nhà nghiên cứu làm việc với vệ tinh
PAMELA tìm thấy một sự thừa thải positron ở năng lượng 10-100 GeV trong phổ tia vũ trụ.
Những kết quả đó không thể nào giải thích được bởi mô hình chuẩn của nguồn gốc và sự
truyền tia vũ trụ trong Dải Ngân hà và thay vào đó, nó đưa ra một “nguồn” phát ra positron
năng lượng cao ở gần. Tuy nhiên, chẳng có bằng chứng thuyết phục nào liên hệ các positron
với vật chất tối – và tốc độ phân hủy cao hơn nhiều so với trông đợi từ các lí thuyết chuẩn.

Positron từ Geminga
Nay, Hasan Yuksel và Todor Stanev tại trường Đại học Delaware và Matthew Kistler
tại trường Đại học Bang Ohio khẳng định nguồn phát của các positron này là Geminga – một
sao neutron ở gần và đang quay nhanh. Những kết quả đó cũng thể hiện lần đầu tiên các nhà
thiên văn có thể liên hệ tia vũ trụ với một nguồn phát đặc biệt.
Tại trung tâm lí thuyết của họ là tập hợp những quan sát dường như chẳng có liên
quan gì bởi đài thiên văn tia gamma Milagro ở New Mexico, nơi đã nhìn thấy một quầng
nguồn phát tia gamma năng lượng cao xung quanh Geminga. Nằm cách Trái đất chừng 800

12

thuvienvatly.com | © hiepkhachquay


năm ánh sáng và chừng 300.000 năm tuổi, Geminga là nguồn phát tia gamma gần nhất được
biết so với Trái đất, trừ các thiên thể trong hệ mặt trời ra.
“Chúng tôi muốn tìm hiểu nguồn gốc của các tia gamma này, chúng không được
trông đợi từ một pulsar già nua như thế”, Yuksel giải thích. “Chúng tôi nhận thấy chúng gợi

ý rằng các cặp electron và positron đang được tạo ra ở gần pulsar đó và rồi gia tốc lên những
năng lượng rất cao”.

Các từ trường lộn xộn
Điều quan trọng, sự trải rộng của sự phát xạ tia gamma này cũng ngụ ý rằng một “cơn
gió” của những hạt này đang thoát ra khỏi pulsar đó, xác nhận sự tồn tại của một máy gia tốc
hạt mạnh ở gần Trái đất và cho thấy rằng tia vũ trụ tạo ra trong phần hoạt tính hơn của
Geminga – sau một hành trình loanh quanh đi qua các từ trường lộn xộn của Dải Ngân hà –
có khả năng là nguồn gốc của sự dư thừa positron quan sát thấy bởi PAMELA.
Nếu đúng như vậy, thì những kết quả trên cũng có khả năng là sự phát hiện „trực tiếp‟
đầu tiên của tia vũ trụ. “Khi tia vũ trụ được phát hiện ra trong khí quyển hoặc trong không
gian, chúng ta không thể suy ra nguồn gốc của chúng một cách dễ dàng vì quỹ đạo của chúng
dễ dàng bị bẻ cong bởi từ trường của Dải Ngân hà và mọi thông tin có liên quan thông
thường bị mất đi”, Kistler nói. “Tuy nhiên, nếu sự dư thừa positron quan sát thấy này có thể
có tương quan với một vật thể đã biết ở gần Trái đất, thì đây là lần đầu tiên một mối liên hệ
giữa mật độ tia vũ trụ và nguồn phát sinh ra chúng được thiết lập”.
Các nhà thiên văn khác thì hân hoan chào đón kết quả trên. “Thoạt nhìn, chẳng có gì
quá đỗi bất ngờ rằng Geminga có thể là nguồn gốc của sự dư thừa positron PAMELA vì nó
là một pulsar năng lượng cao ở gần nhất”, theo Stefan Funk tại trường Đại học California và
là một thành viên của đài thiên văn tia gamma HESS. “Tuy nhiên, bằng cách liên hệ kết quả
này với các quan trắc Milagro gần đây, thì trên nguyên tắc kết quả này có thể dùng để tính ra
số hạt chạm đến chúng ta từ Geminga nếu những hạt này là electron”.

Không bác bỏ vật chất tối
Douglas Finkbeiner tại trường Đại học Harvard ở Massachusetts thì cảnh giác hơn.
“Tôi vui mừng khi thấy người ta đang theo đuổi cách giải thích pulsar và những pulsar nhất
định góp phần cho tín hiệu này ở chừng mực nào đó”, ông nói. “Nhưng hiện tại người ta
chẳng biết đủ nhiều về các pulsar để loại trừ khả năng rằng có cái gì đó khác đang át trội”.
Yuksel và các cộng sự của ông đồng ý rằng cho đến nay vật chất tối không thể bị bác
bỏ. Tuy nhiên, họ tin rằng những quan trắc mới từ những thí nghiệm nhạy hơn khác sẽ khảo

sát Geminga chi tiết hơn và cho phép các nhà khoa học đo đạc tốt hơn tổng năng lượng chứa
trong tia vũ trụ thổi từ pulsar ấy đến.

© hiepkhachquay | Bản tin Vật lí tháng 8/2009

13


Dụng cụ nhỏ xíu hoàn thiện cỗ máy tính lượng tử đầu tiên

Các nhà vật lí NIST vừa chứng minh được tiến trình xử lí thông tin lượng tử xác thực, duy trì liên tục trong bẫy
ion ở phần giữa bên trái của bức hình này, cải thiện viễn cảnh chế tạo một máy tính lượng tử thực tiễn. Các ion
bị bẫy bên trong khe tối (dài 3,5mm và rộng 200 micromet) giữa các bánh xốp nhôm phủ vàng. Bằng cách thay
đổi điện áp đặt vào từng điện cực vàng, các nhà khoa học có thể di chuyển các ion giữa sáu vùng của bẫy. (Ảnh:
J. Jost/NIS)

Các nhà nghiên cứu ở Mĩ khẳng định đã chứng minh được dụng cụ cỡ nhỏ đầu tiên
thực hiện được tất cả các chức năng cần thiết trong quá trình xử lí lượng tử gốc ion cỡ lớn.
Mặc dù từng giai đoạn hoặc nhóm giai đoạn riêng lẻ trong điện toán lượng tử đã được chứng
minh trước đây, nhưng dụng cụ mới này được cho là thực hiện được một tập hợp đầy đủ các
toán tử lôgic lượng tử mà không bị mất những lượng lớn thông tin khi truyền đi. Kết quả là
dụng cụ mới thể hiện một bước tiến quan trọng trong cuộc truy tìm một cỗ máy tính lượng tử
thực tiễn, theo lời các nhà nghiên cứu tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Hoa Kì (NIST) ở
Boulder, Colorado.
Trong khi các máy tính thông thường lưu trữ dữ liệu dưới dạng các “bit” với giá trị 1
hoặc 0, thì trong điện toán lượng tử, dữ liệu được lưu trữ dưới dạng “qubit” có thể nhận hơn
một giá trị một lúc. Kết quả của hiện tượng này, gọi là sự chồng chất, là các máy tính lượng
tử có tiềm năng lưu trữ và xử lí những lượng dữ liệu không có tiền lệ trước đây. Ngoài ra, các
hạt lượng tử còn có thể trở nên “bị vướng víu”, cho phép chúng chia sẻ một mối liên hệ gần
gũi hơn nhiều so với cơ học cổ điển cho phép trong đó dữ liệu được truyền đi đồng thời giữa

các hạt bị vướng víu bất chấp khoảng cách xa xôi của chúng.

14

thuvienvatly.com | © hiepkhachquay


Hành trình lượng tử
Khái niệm điện toán lượng đã thu được sức thúc đẩy to lớn vào năm 1994 khi nhà
toán học Peter Shor phát minh ra một thuật toán cho thất điện toán lượng tử có thể nhân các
con số nhanh hơn nhiều so với trong điện toán cổ điển. Hàm ý là các máy tính lượng tử có
thể hoạt động ở tốc độ cực cao, có thể áp dụng để giải những bài toán phức tạp như bẻ một số
khóa mã hóa được sử dụng rộng rãi nhất ngày nay. Tuy nhiên, người ta sớm thấy rõ rằng các
nhà nghiên cứu sẽ có một nhiệm vụ rất khó khăn là đưa bài toán này vào trong thực tiễn vì
bản chất dễ phá vỡ của thông tin lượng tử, đặc biệt khi mà dữ liệu lượng tử đang được truyền
đi giữa các nơi.
Bất chấp sự hạn chế này, một số thuật toán lượng tử đơn giản đã được thực hiện trong
những năm vừa qua. Có lẽ đáng chú ý nhất là minh chứng đầu tiên và duy nhất của thuật toán
nhân của Shor, sử dụng sự cộng hưởng từ hạt nhân, bởi Lieven Vandersypen và các cộng sự
của ông tại Trung tâm Nghiên cứu IBM Almaden ở California.
Một phương pháp đầy triển vọng để hiện thực hóa các thuật toán lượng tử là lưu trữ
và truyền dữ liệu lượng tử bằng các ion cực lạnh. Đây là phương pháp được chọn bởi nhóm
nghiên cứu tại NIST, đứng đầu là Jonathan Home, nhóm, trong những năm qua, đã chứng
minh được toàn bộ những bước cần thiết cho điện toán lượng tử: (1) “kích hoạt” các qubit lên
trạng thái khởi đầu như mong muốn (0 hoặc 1); (2) lưu trữ dữ liệu qubit trong các ion; (3)
thực hiện các toán tử lôgic trên một hoặc hai qubit; (4) truyền thông tin giữa những vị trí
khác nhau trong bộ vi xử lí; và (5) đọc các kết quả qubit một cách riêng rẽ.

Bị bắt trong bẫy
Trong nghiên cứu mới nhất này, nhóm của Home hiện nay đã lần đầu tiên làm chủ

được việc kết hợp tất cả những giai đoạn độc lập này. Đội nghiên cứu đã giữ hai nguyên tử
beryllium trong một cái bẫy trước khi thao tác trên các trạng thái năng lượng của từng ion, sử
dụng một xung laser tử ngoại bên ngoài để lưu trữ dữ liệu lượng tử. Điện trường sau đó được
dùng để di chuyển các ion trên những khoảng cách vĩ mô – lên tới 960 micromet – giữa
những vùng khác nhau bên trong bẫy. Các nhà nghiên cứu đã lặp lại một chuỗi 15 toán tử
lôgic 3150 lần trên mỗi trạng thái trong số 16 trạng thái khởi đầu khác nhau và nhận thấy bộ
vi xử lí hoạt động với độ chính xác toàn thể 94%.
Một trong những đổi mới chủ yếu được các nhà nghiên cứu NIST sử dụng là dùng hai
ion magnesium là “chất làm lạnh” để làm nguội các ion beryllium khi chúng đang truyền đi.
“Sự làm nguội đồng cảm” này cho phép các toán tử lôgic được tiếp tục mà không có thêm
bất kì sai số nào do sự nóng lên trong quá trình truyền tải. “Chúng tôi có được sự truyền tải
hợp nhất, và rõ ràng cho thấy nó không cản trở khả năng của chúng ta thực hiện thêm các
phép điện toán – đây là một bước quan trọng cho việc xây dựng một dụng cụ cỡ lớn”, Home
phát biểu với physicsworld.com.
Phản ứng ban đầu đối với phát triển này từ phía cộng đồng nghiên cứu là tích cực.
“Home và đội của ông đã cho thấy những mảnh riêng lẻ của trò chơi ghép hình làm việc độc
lập trong một chuỗi thí nghiệm đẹp trong những năm gần đây. Giờ thì, ở thành tựu mới này,
họ đã đưa các mảnh của trò chơi lại với nhau và làm cho chúng cùng hoạt động trong một thí
nghiệm”, theo Boris Blinov, một nhà nghiên cứu điện toán lượng tử tại trường Đại học
Washington.

© hiepkhachquay | Bản tin Vật lí tháng 8/2009

15


Con đường phía trước
Hans Bachor, một chuyên gia quang học lượng tử tại trường Đại học Quốc gia
Australia, cũng bị gây ấn tượng. “Công trình trên thật sự là là một bước tiến lớn và gây ấn
tượng nhất – nó chứng minh được toàn bộ những bước chủ chốt cần thiết trong chu trình điện

toán”. Tuy nhiên, Bachor cũng cảnh báo những thách thức công nghệ đang nằm phía trước.
“Câu hỏi là liệu họ có thể giữ ion đó ở trạng thái cơ bản hay không. Tôi không thành thạo
lắm những bài toán trên nguyên tắc, nhưng nó sẽ yêu cầu phát minh thêm các thủ thuật mới”,
ông thêm.
Home phát biểu với physicsworld.com rằng đội của ông đang tiếp tục phát triển hệ
ion bị bẫy của họ với sự tập trung vào hai vấn đề đặc biệt. Lĩnh vực thứ nhất là cải thiện độ
chính xác toán tử lôgic: độ chính xác cần thiết cho một dụng cụ cỡ lớn là 0,9999, còn độ
chính xác ở dụng cụ này là 0,95. “Ở đây chúng tôi bị hạn chế bởi sự điều khiển mà chúng tôi
có trên các chùm laser của mình, và công suất của những chùm này”, ông nói. Lĩnh vực thứ
hai là chế tạo những dụng cụ lớn hơn. “Sự truyền tải giữa những phần khác nhau của bộ vi
xử lí có thể là một bài toán chỉ tồn tại ở dụng cụ lớn hơn. Việc điều khiển máy tính cổ điển,
và nhu cầu điều khiển chính xác số lượng lớn các điện cực và chùm laser, thể hiện một thách
thức kĩ thuật to lớn”, ông nói.
Markus Aspelmeyer, một nhà nghiên cứu quang học lượng tử tại trường Đại học
Vienna, thì nhận ra một trong những thách thức khác có liên quan trong việc tăng kích cỡ.
“Thách thức là việc thu nhỏ các sai số cổng riêng và thu được sự điều khiển trên một số
lượng lớn ion trên một con chip đơn”, ông nói. “Tuy nhiên, điều này là cần thiết để tiến hành
các phép toán dài dòng trên máy tính lượng tử trong tương lai. Nó là một thử thách hấp dẫn
với cả kĩ thuật và khoa học thông tin lượng tử và cho đến nay không rõ những hạn chế chính
xác đó sẽ nằm ở đâu”.
Nghiên cứu này được công bố trên tờ Science Express.

16

thuvienvatly.com | © hiepkhachquay


Ma sát giữ cho các động cơ phân tửđi đúng hướng

Ảnh chụp huỳnh quang của các protein động cơ đơn (trái): Chuyển động của hai phân tử kinesin đang khuếch

tán (màu xanh) trên một vi ống (màu đỏ) thể hiện theo một loạt liên tiếp máy ghi sóng.
Giản đồ đo lực ma sát (phải): Bằng cách kéo các phân tử kinesin đang khuếch tấn với kẹp laser trên một vi ống,
lực ma sát giữa động cơ và rãnh vi ống có thể đo được rất chính xác (Ảnh: MPI-CBG, BIOTEC).

Khi bạn đang đi từ A đến B, ma sát vừa là bạn vừa là thù. Ma sát giữa lốp xe và mặt
đường cho phép chiếc xe không bị trượt, chẳng hạn, trong khi ma sát ở trục xa làm giảm hiệu
suất nhiên liệu của chiếc xe. Tuy nhiên, giờ thì các nhà sinh lí học ở Đức vừa phát hiện thấy
ma sát còn giữ một vai trò quan trọng trong cách thức các động cơ phân tử di chuyển bên
trong các tế bào sống.
Khám phá đó có thể đưa đến sự hiểu biết tốt hơn về sinh học tế bào vì các động cơ
phân tử có mặt trong nhiều tiến trình đa dạng, ví dụ như sao chép ADN và độ linh động của
tinh trùng.
Nghiên cứu mới được thực hiện bởi Joe Howard và các cộng sự tại Viện Sinh học
Phân tử Tế bài và Di truyền Max Planck, cùng với Erik Shaeffer tại trường Đại học Kĩ thuật
Dresden, họ khảo sát các phân tử “kinesin”. Những phân tử này gồm một họ lớn các động cơ
phân tử vận tải hàng hóa (ví dụ như các phân tử sinh học) dọc theo các vi tuyến ống.

Các động cơ phân tử không chân
Các nhà sinh lí học tin rằng phân tử kinesin có hai “chân” và thả bộ dọc theo vi ống
giống hệt như một người đi trên dây – một chân kẹp chặt vi ống, còn chân kia thả ra và kéo
nó về phía trước. Nhưng do các phân tử đó chỉ có kích thước một vài nanomet, cho nên các
thăng giáng nhiệt làm cho chúng thả bộ trông “say xỉn” hơn theo một sợi dây kéo căng bị lắc
mạnh.

© hiepkhachquay | Bản tin Vật lí tháng 8/2009

17


Để tìm hiểu các lực có mặt giữ đường cho các động cơ đó, đội nghiên cứu đã gắn

kinesin vào một hạt bột nhỏ xíu đường kính khoảng 1 μm. Sau đó, họ thả hạt bột vào tiêu
điểm của một chùm laser , với áp suất quang tác dụng lên hạt bột giữ nó đứng vững ở chố “
kẹp quang học”. Một vi ống gắn trên một bệ tịnh tiến khi đó được đặt gần hạt bột và hút nó ở
ngưỡng tốc độ chừng 1 μm/s, đại khái bằng tốc độ tự nhiên của động cơ phân tử.
Sau đó, đội nghiên cứu đã xác định lực ma sát tác dụng lên hạt bột hình cầu bằng
cách đo độ lệch của hạtkhỏi tâm kẹp. Ở tốc độ dưới 1 μm/s, lực ma sát tỉ lệ với tốc độ tương
đối của kinesin và vi ống. Điều này được xác nhận trong một thí nghiệm khác bằng cách đo
chuyển động của kinesin đã sử dụng hết nhiên liệu (ATP). Những phân tử này khuếch tán
dọc theo vi ống ở tốc độ xác định bởi phương trình khuếch tán Einstein, phương trình cũng
có thể dùng để tính lực ma sát.

Khảo sát sải chân của chúng
Khi tốc độ tương đối cao hơn 1 μm/s, lực ma sát vẫn tăng lên – nhưng tốc độ tăng bắt
đầu giảm. Theo Howard, đây đúng là cái xảy ra nếu như các chân của kinesin đang chộp lên
những vị trí nhất định trên vi ống và sau đó bước đi. Bằng cách phân tích hình dạng của
đường cong lực/tốc độ, đội nghiên cứu kết luận rằng “sải chân” của các động cơ vào khoảng
8 nm, cái cũng xảy ra với chiều dài của một chất nhị trùng nhất định lặp lại dọc theo vi ống.
Điều này làm đội thấy ngạc nhiên, vì những nỗ lực trước đây nhằm đo sải chân này bằng
những kĩ thuật khác cho giá trị 4 nm.
Howard phát biểu vớiphysicsworld.comrằng kết quả trên “cho chúng ta một phương
pháp mới nghĩ về cách thức các động cơ phân tử hoạt động – hai thành phần có liên quan, lực
phát động và ma sát”. Kết quả này có thể giúp các nhà sinh lí học tìm hiểu làm thế nào những
lượng lớn động cơ hoạt động cùng với nhau để đẩy một tế bào tinh trùng, chẳng hạn, vì, theo
Howard, chuyển động tập thể như thế có khả năng có mặt ma sát.
Các nghiên cứu trên còn có thể giúp các nhà khoa học tìm hiểu chuyển động ở một
thang bậc lớn hơn nhiều. Theo Shaeffer, các lực hút chân kinesin vào vi ống là các lực van
der Waals cho phép con tắc kè bám víu trên tường nhẵn. Tắc kè chạy dựa trên những sợi tơ
nhỏ xíu trên chân của chúng kích cỡ chừng 100nm, trong khi chân kinesin sử dụng các cấu
trúc kích cỡ chừng 25 nm.
Công trình được tường thuật trong số ra ngày 14 tháng 8 của tờ Science.

18

thuvienvatly.com | © hiepkhachquay


Bộ kích neutrino có thể làm hé lộ sóng hấp dẫn

Ảnh SN 1987A chụp bằng Kính thiên văn vũ trụ Hubble (Ảnh: NASA)

Các máy dò neutrino và sóng hấp dẫn hiện đang hoạt động có thể sử dụng phối hợp
để quan sát sóng hấp dẫn phát ra trong một vụ nổ sao siêu mới láng giềng – theo lời các nhà
vật lí ở Italy.
Sóng hấp dẫn là các dao động của không-thời gian được tiên đoán bởi thuyết tương
đối rộng. Một số thí nghiệm hiện đang cố gắng dò tìm sóng hấp dẫn bằng cách đo những
biến đổi nhỏ xíu trong khoảng cách giữa của hai khối lượng được cho là xảy ra khi sóng đi
qua một máy dò hạt. Tuy nhiên, cho đến nay chưa hề có thí nghiệm nào thành công và bằng
chứng thuyết phục nhất tính đến nay cho sóng hấp dẫn là chu kì quỹ đạo của hệ sao đôi
Hulse–Taylor đang rút ngắn lại ở tốc độ chính xác với sự phát sóng hấp dẫn.
Tuy nhiên, với một chút may mắn, sự dò tìm trực tiếp đầu tiên của sóng hấp dẫn có
thể xảy ra nếu một sao siêu mới xuất hiện trong thiên hà của chúng ta. Một vụ bùng nổ sao
nặng như vậy tạo ra một lượng rất lớn ánh sáng và bức xạ khác, có thể giúp các nhà vật lí thu
hẹp tìm kiếm của họ sang thời điểm chính xác mà sóng hấp dẫn chạm tới Trái đất. Đây sẽ là
một hỗ trợ lớn trong việc củng cố độ nhạy của các máy dò sóng hấp dẫn.

Xung neutrino
Khi bức xạ từ sao siêu mới SN 1987A được phát hiện trên Trái đất này (năm 1987),
các nhà vật lí đã nhận ra rằng nó chứa một xung neutrino – hay chính xác hơn, các phản
neutrino electron. Nay Francesco Vissani và các cộng sự tại Phòng thí nghiệm Gran Sasso và
INFN Torino vừa thực hiện những tính toán cho thấy sự phát hiện neutrino từ một sao siêu

mới láng giềng có thể cho phép các máy dò sóng hấp dẫn hiện nay đưa ra khám phá đầu tiên
của chúng.
Trọng tâm của lí thuyết này là quan điểm rằng sóng hấp dẫn đủ lớn để phát hiện ra
được tạo ra khi sao siêu mới đạt tới pha “giật ngược”. Pha này xảy ra khi lõi sắt của ngôi sao
co lại nhanh chóng đến mật độ của hạt nhân. Vật chất rơi vào trong bật trở lại từ lõi hạt nhân,
cái không nén được, kết quả là một gia tốc hướng thẳng ra ngoài của những lượng lớn vật
chất.
Đối với một sao siêu mới điển hình, Vissani và các cộng sự tính toán thấy sự giật
ngược này sẽ tồn tại khoảng 30ms – tạo ra một đợt bùng phát sóng hấp dẫn kéo dài cỡ bằng

© hiepkhachquay | Bản tin Vật lí tháng 8/2009

19


thời gian đó. Đa số các nhà thiên văn vật lí đồng ý rằng xung neutrino từ sao siêu mới đạt tới
sự giật ngược vào khoảng 3ms. Sử dụng một mô hình phát triển từ sự phân tích neutrino và
dữ liệu khác từ SN 1987A, đội nghiên cứu đã tính được thời gian trễ giữa sự phát hiện ra
neutrino trong các máy dò trên Trái đất và sự tới nơi của các sóng hấp dẫn.
Các nhà vật lí kết luận rằng việc dò tìm neutrino có thể dùng để thu hẹp thời gian tới
nơi của sóng hấp dẫn xuống đến sai số khoảng 10ms.

Chào đón sự thu giảm
Theo Edward Daw tại trường Đại học Sheffield, các máy dò sóng hấp dẫn hiện nay
hoạt động trên cơ sở thời gian tới của các sóng có thể xác định trong vòng 100ms. Ông cảnh
báo rằng trong khi những kết quả mới không nhất thiết có nghĩa là giá trị này có thể giảm đi
tới 10 lần, thì bất kì sự thu giảm nào cũng được chào đón.
“Đây là một cải tiến có ích, đặc biệt nếu bạn đang yêu “, cầu các tín hiệu trùng khớp
giữa các giao thoa kế sóng hấp dẫn bội trong vòng cánh cửa thời gian này, ông phát biểu với
physicsworld.com. Nếu sử dụng ba máy dò, thì sự thu giảm đi 10 lần có nghĩa là khả năng

của một lần dò sai do nhiễu trong mọi máy dò sóng được giảm đi 1000 lần. Điều này có
nghĩa là ngưỡng nhiễu của các máy dò sóng có thể thu giảm đi, khiến cho chúng nhạy hơn
với sóng hấp dẫn.
Daw, người đang nghiên cứu về các máy dò sóng hấp dẫn LIGO, chỉ ra rằng các tính
toán của Vissani cho thấy LIGO sẽ không thể dò ra sóng hấp dẫn từ một sao siêu mới kiểu
như SN 1987A – thậm chí sử dụng bộ kích neutrino. Đẫy là vì sao siêu mới xuất hiện bên
ngoài Dải Ngân hà. Thay vào đó, các nhà khoa học sẽ phải chờ cho đến khi sao siêu mới tiếp
theo xuất hiện trong thiên hà của chúng ta – cái được trông đợi chỉ xảy ra vài ba lần trong
một thế kỉ.
Hãy hi vọng điều ấy xảy ra khi các máy dò neutrino và sóng hấp dẫn được bật lên.
Các tính toán trên được báo cáo trên tờ Physical Review Letters.

20

thuvienvatly.com | © hiepkhachquay


Đừng bực dọc về bài toán pha
Mong muốn chưa thực hiện được của các nhà tinh thể học là đo pha của các chùm
nhiễu xạ tạo ra bởi các công cụ nhiễu xạ tia X thật ra khá vớ vẩn, theo Emil Wolf, một nhà
vật lí lí thuyết tại trường Đại học Rochester ở Mĩ. Thay vào đó, Wolf tin rằng các nhà vật lí
nên chuyển hướng chú ý của họ sang đo những tính chất khác của chùm tia X nhiễu xạ - cái
giữ thông tin cấu trúc khó nắm bắt giống như vậy bị che khuất trong pha không tiếp cận
được.
Wolf, người nổi tiếng với việc là đồng tác giả của chuyên luận cổ điển Các nguyên lí
Quang học, nói rằng nhiều nhà nghiên cứu tin tưởng một cách sai lầm rằng biết được pha của
các chùm nhiễu xạ sẽ dẫn đến việc xác định rõ ràng cấu trúc nguyên tử của các chất rắn.
Nhưng quan điểm sai lầm này sử dụng một giả định không thể lí giải rằng các chùm
tia X là đơn sắc. “Những chùm tia như thế không xuất hiện trong tự nhiên, chúng cũng không
thể nào được tạo ra trong phòng thí nghiệm”, Wolf nói. Kĩ thuật của ông – chưa được xác

nhận về mặt thực nghiệm – sử dụng các tia X kết hợp không gian có thể tạo ra được trong
phòng thí nghiệm.
Khi chiếu một chùm tia X vào một chất kết tinh, thì hình ảnh nhiễu xạ thu được mang
lại một số kiến thức về vị trí của các nguyên tử bên trong chất liệu đó. Hình ảnh đó được xác
định bởi việc đo biên độ của tia X nhiễu xạ là hàm của vị trí. Hoạt động đo lường làm phá
hỏng thông tin tinh thể học quan trọng mang bởi pha của tia X – ấy là bài toán pha. Thay vào
đó, pha của mỗi chùm nhiễu xạ phải được ước tính qua phép gần dudngs, dẫn đến thông tin
không hoàn chỉnh, không xác thực.
Tính toán của Wolf cho thấy sẽ hiệu quả hơn là hãy đo biên độ và pha của một tính
chất vật lí khác của tia X – độ kết hợp phổ. Tính chất này xác định cách thức tia X thuộc
những bước sóng khác nhau giao thoa với nhau. Được trang bị thông tin này, người ta có thể
xác định mật độ electron trong tinh thể, và cuối cùng là những tính chất vật lí của chúng ta,
ông khẳng định.
Phương pháp của ông tương tự như phương pháp đã thực hiện khoảng 6 năm trước
đây trong miền quang học. “Tôi đã không đánh giá đúng cho đến rất gần đây sự liên quan của
công trình nghiên cứu với bài toán tái dựng tia X”, ông phát biểu với physicsworld.com
Trong tính toán của ông, Wolf xem xét các nguồn tia X kết hợp không gian, trong đó
hai điểm khác nhau trên một mặt đầu sóng có tương quan với nhau, dẫn đến giao thoa. Sự
giao thoa này thường phát sinh ở các bước sóng quang học và chúng đã được tạo ra ttrong
miền tia X của phổ điện từ trong những năm gần đây. Những nguồn tia X như thế là không
đơn sắc.
“Điểm cơ bản là các thăng giáng tại hai điểm đó sẽ phối hợp với nhau”, Wolf nói.
Ông trích dẫn thí dụ ánh sáng phát ra từ một ngôi sao. “Ánh sáng như thế phát ra hàng tỉ
nguyên tử bức xạ độc lập; nhưng khi ánh sáng đó chạm tới trái đất nó trở nên kết hợp cao
trên những vùng rộng lớn”. Mức độ kết hợp cao này tạo ra các ảnh chụp qua kính thiên văn
với cực đại và cực tiểu nhiễu xạ sắc nét.

© hiepkhachquay | Bản tin Vật lí tháng 8/2009

21

Việc thu được pha của mức độ kết hợp phổ trong các phép đo nhiễu xạ tia X là có thể
thực hiện với các kĩ thuật giao thoa kế hiện có, Wolf giải thích. “Tôi hiện đang viết một bài
báo dài hơn giải thích làm thế nào các kết quả lí thuyết của tôi có thể áp dụng trong thực tế”.
“Tôi [cũng] đang tiếp xúc với một vài nhóm thực nghiệm về khả năng áp dụng lí
thuyết cho một số bài toán tái dựng khác”.
Pawel Korecki thuộc trường Đại học Jagiellonian ở Ba Lan tin rằng “rất có khả năng”
đề xuất của Wolf sẽ được xác thực trong phòng thí nghiệm, mô tả phép đó ấy là “có thể
nhưng không phải không quan trọng”. Tuy nhiên, vị chuyên gia nhiễu xạ tia X lại thận trọng
hơn về khả năng của các ứng dụng thực tiễn.
Các tính toán của Wolf được báo cáo trên số ra ngày 14 tháng 8 của tờ Physical
Review Letters.

22

thuvienvatly.com | © hiepkhachquay


Chế tạo graphene trong một lóe sáng đèn flash

Một mặt nạ định hình diện tích bị chiếu sáng với hình chữ “N” được gắn lên trên màng graphite oxide (GO)
bằng giấy lọc (Ảnh: American Chemical Society)

Các nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa nhận thấy việc chiếu một camera flash vào graphite
oxide đủ để tạo ra graphene – những tấm carbon dày một nguyên tử lần đầu tiên được khám
phá ra vào năm 2004 có những tính chất cơ và điện độc nhất vô nhị. Quá trình mới này còn
có thể sử dụng để những khuôn graphene phức tạp có thể tích hợp vào các mạch điện tử gốc
carbon nhanh và linh hoạt.
Trước đây, các nhà hóa học đã tìm cách biến graphite oxide thành graphene, nhưng

các phản ứng biến đổi có liên quan trong việc loại bỏ oxygen thường mất hàng ngày và yêu
cầu các xúc tác biến đổi mạnh như hydrazine. Ngoài ra, những quá trình hóa học này còn
ngăn không cho thêm những hợp chất khác vào graphene thu được.
Nay, qua một cơn dâng trào cảm xúc, Jiaxing Huang, một nhà khoa học vật liệu tại
trường Đại học Northwestern ở Illinois, Mĩ, nhận thấy một sự bùng phát ngắn ngủi của ánh
sáng có thể thực hiện phản ứng đó trong một mili giây thôi. Điều then chốt đối với tiến trình
là hiệu ứng quang nhiệt: camera flash phân phối một xung năng lượng biến đổi thành nhiệt
trong graphite oxide. “Xung năng lượng phát ra từ camera flash này gây cảm ứng một “vụ nổ
nano” trong màng graphite-oxide”, Huang giải thích. “Sự biến đổi xảy ra nhanh đến mức
màng chất phồng lên và giãn ra đến hai bậc độ lớn”.
Trong một video mà nhóm công bố, các tấm graphite oxide xám, trong suốt, có thể
nhìn thấy bị đen đi và nở ra, đi cùng là một tiếng bốp to. Đội của Huang mô tả vật liệu màu
đen thu được là “lông tơ” – nó thủng kiểu tổ ong và chỉ là một phần khối lượng riêng của
graphite. Phân tích thêm cho thấy vật liệu đó cấu thành từ các tấm graphene mất trật tự và
các giá cách đều với nhau.

© hiepkhachquay | Bản tin Vật lí tháng 8/2009

23