Ban tin vat ly thang 9 nam 2007

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

BẢN TIN VẬT LÍ

THÁNG 9/2007

hiepkhachquay thực hiện

Tài liệu download tại

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

Tiết lộ kế hoạch chế tạo transistor đơn photon

Các nhà vật lí ở Mĩ và Đan Mạch vừa tiết lộ kế hoạch chế tạo một dụng cụ
giống như transistor hồn tồn quang tính có thể bật mở bằng một photon đơn độc.
Dụng cụ đó – đến nay vẫn chưa chế tạo được – gồm một nguyên tử đơn độc có thể
điều khiển sự đi qua của các photon riêng lẻ truyền dọc theo một dây nano mỏng.
Transistor đơn photon thuộc loại này có thể một ngày nào đó được dùng để chế tạo
những máy dò photon hiệu suất cao, những hệ thống truyền thơng quang, và máy
tính lượng tử (Nature Physics doi:10.1038/nphys708).

Thường thì rất khó sử dụng các photon đơn độc từ một chùm ánh sáng để
điều khiển một chùm khác vì các photon hiếm khi tương tác với nhau. Các nhà vật
lí tin rằng phương pháp làm cho các photon tương tác với nhau là “đông lạnh”
chúng vào những không gian nhỏ xíu như một chấm lượng tử hay cả một nguyên tử
đơn độc trong một hộp quang. Đông lạnh photon là cần thiết vì nó làm mạnh thêm
trường điện từ của chúng, vì thế làm tăng cơ hội cho chúng tương tác với nhau.

Mikhail Lukin và các nhà vật lí được mời đến tại trường đại học Harvard,
cùng với một đồng nghiệp tại Viện Niels Bohr ở Copenhagen, vừa đề xuất một
phương pháp mới thực hiện việc này bằng cách tập trung photon vào những dây
nano kim loại nhỏ xíu. Ở đây, chúng chuyển hóa thành plasmon mặt – dao động của
electron dẫn – truyền dọc theo dây nano. Quá trình này tương tự như gởi một sóng
vơ tuyến dọc theo một sợi cáp đồng trục và đông lạnh photon vào một khơng gian
nhỏ hơn bước sóng của chúng.

Tương tác của plamon mặt đơn với một bộ phát đơn độc. Biểu đồ a (trên): Bộ phát hai mức tương
tác với dây nano. Hai trạng thái ghép đôi qua mode plasmon mặt với cường độ g. Biểu đồ b (dưới):

Giản đồ một photon tới đơn độc bị tán xạ khỏi một bộ phát gần cộng hưởng. Tương tác dẫn tới
trường phản xạ và trường truyền qua có cường độ được tính tốn chính xác.

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

bằng cách bắn một photon đơn độc khác hay một xung laser bình thường lên nó,
làm cho trạng thái kích thích bị phá vỡ.

Theo Lukin, tiện lợi của việc sử dụng dây nano – chứ không phải hộp quang
– để đông lạnh photon là dụng cụ dây nano sẽ hoạt động trong một ngưỡng bước
sóng rộng, trong khi hộp quang bị điều chỉnh và do đó sẽ chỉ hoạt động ở những tần
số nhất định.

Các nhà nghiên cứu tin rằng có thể một ngày nào đó dụng cụ sẽ được sử
dụng làm máy dò đơn photon rất hiệu quả trong truyền thông quang học. Họ cũng
chỉ ra rằng dụng cụ đó có thể đảm nhận vai trị một cổng logic lượng tử có thể sử
dụng trong máy tính lượng tử. Thách thức chủ yếu trong việc chế tạo dụng cụ thực
tế gồm việc nhận ra một nguyên tử thích hợp có thể ghép đơi mạnh với plasmon dây
nano và kết nối cáp sợi quang với dây nano để đảm bảo các photon được truyền vào
và ra khỏi dụng cụ.

Lukin nói với physicsworld.com rằng đội của ông đang thử chế tạo một dụng
cụ trong phịng thí nghiệm bằng các ngun tử nhân tạo, ví dụ như chấm lượng tử.

Hamish Johnston, Belle Dumé (physicsworld.com, 4/9/2007)

Sự tuyệt chủng của lồi khủng long có liên quan tới sự va chạm thiên thạch
Từ lâu, người ta đã biết rằng một vật thể lớn đã đâm sầm vào bán đảo

Yukatan ở Mexico hồi 65 triệu năm về trước, gây ra một thảm họa mơi trường hầu
như dứt khốt đã dẫn đến sự tuyệt chủng của loài khủng long. Nay các nhà nghiên
cứu ở Mĩ và cộng hòa Czech vừa thực hiện những chương trình mơ phỏng máy tính
cho thấy vật thể đó được tạo ra khi hai thiên thạch va vào nhau khoảng 160 triệu
năm trước. Vật thể nghi ngờ được cho là một khối đá có chiều ngang 10 km đã đâm
vào va chạm với Trái Đất (Nature 449_48).

Nhiều nhà khoa học tin rằng miệng hố Chicxulub đường kính 180 km ở
Mexico được tạo ra bởi một khối đá khổng lồ đến từ vành đai thiên thạch. Nằm giữa
Hỏa tinh và Mộc tinh, vành đai thiên thạch chứa khoảng 1 triệu vật thể có kích
thước lớn hơn 1 km. Một số trong những thiên thạch này tụ lại với nhau thành họ,
chúng hình như đựợc tạo ra khi các thiên thạch va chạm lẫn nhau.

Nay Bill Bottke và các đồng nghiệp ở Viện nghiên cứu Tây Nam ở Colorado,
Mĩ, và trường đại học Charles ở Prague, vừa phát hiện ra một họ thiên thạch mới và
khẳng định rằng có 90% khả năng một trong số chúng đã tạo ra miệng hố
Chicxulub. Được đặt tên là họ thiên thạch Baptistina, đội nghiên cứu tin rằng nó
hình thành khi hai thiên thạch lớn đường kính khoảng 60 km và 170 km va chạm
nhau khoảng 160 triệu năm trước đây. Bốn chương trình mơ phỏng khác nhau xây
dựng trên cơ sở nền kiến thức vật lí về sự va chạm và chuyển động hành tinh đã
được sử dụng để lần tìm nguồn gốc và sự chuyển động sau đó của các mảnh vỡ va
chạm.

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

ra sau khi va chạm ở tốc độ hơn 10 000 km/h. Việc này được thực hiện bằng “mã
hydro” dạng số trước đây đã được vận dụng để lập mô phỏng các vụ nổ trên Trái
Đất, gồm cả các vụ thử hạt nhân dưới lịng đất. Những mơ phỏng này cho thấy sự
phân bố kích thước của các mảnh vỡ va chạm – thơng tin đó sau đó được sử dụng
cùng với những số đo thành phần hóa học của các thiên thạch để xác định thiên
thạch nào là thành viên của gia đình Baptistina.

Ảnh minh họa sự va chạm của hai thiên thạch hồi 160 triệu năm trước có thể đã tạo ra họ thiên
thạch Baptistina (ảnh trên). Các mảnh vỡ của vụ va chạm này có thể đã đi đến hình thành nên

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

Các mô phỏng Yarkovsky sau đó được dùng chung với các mơ hình mơ
phỏng cách thức chuyển động của các thiên thạch bị ảnh hưởng bởi sự va chạm với
những thiên thạch khác để xác định xem có bao nhiêu mảnh vỡ lớn – kích thước
hơn 1 km – bị đưa vào hành trình “thốt khỏi sự quản lí” trong vành đai thiên thạch.
Đấy là những vùng đặc biệt, trong đó lực hút hấp dẫn của những hành tinh ở gần, ví
dụ như Mộc tinh, có thể đưa chúng vào những quỹ đạo có khả năng đi tới va chạm
với Trái Đất.

Cuối cùng, đội nghiên cứu hướng sự chú ý vào chuyển động của các mảnh
vỡ khi chúng đi qua một cửa thoát và đâm vào Trái Đất. Việc này được thực hiện
bằng 4 chương trình máy tính thiết lập quỹ đạo của các mảnh vỡ bằng cách xét đến
lực hấp dẫn của Mặt Trời và các hành tinh.

Đội nghiên cứu tính được hàng chục thiên thạch 10 km hoặc lớn hơn bị đưa
vào tình thế thốt khỏi vành đai thiên thạch và một ít trong chúng bị đưa vào quỹ
đạo có thể va chạm với Trái Đất, cùng với nhiều vật thể nhỏ hơn. Điều này có thể
giải thích số lượng tương đối nhiều các miệng hố trên Trái Đất hình thành trong kỉ
Phấn trắng, từ 145 đến 65 triệu năm trước. Đội nghiên cứu cũng tin rằng có 70%
khả năng một mảnh vỡ Baptistina lớn đã đâm sầm vào mặt trăng 108 triệu năm
trước, tạo ra miệng hố Tycho rộng 85 km.

Mối liên hệ giữa họ thiên thạch Baptistina và miệng hố Chicxulub được củng
cố thêm bởi cơng trình nghiên cứu của các nhà địa chất, theo đó thì miệng hố
Chicxulub được hình thành bởi một tảng khổng lồ chondrite họ cacbon, loại chất
cũng phổ biến trong họ Baptistina.

Bottke trình bày với physicsworld.com rằng đội nghiên cứu hiện nay đang áp

dụng phương pháp của họ đối với vài vụ va chạm thiên thạch đã biết khác có thể có
liên quan tới những miệng hố trên Trái Đất.

Hamish Johnston (physicsworld.com, 5/9/2007)

Trái Đất có thể sống sót khi Mặt Trời thành sao kềnh đỏ

Trong khoảng 5 tỉ năm, Mặt Trời sẽ tiêu thụ hết nhiên liệu hydrogen và
phình to lên thành một sao kềnh đỏ chốn đầy thể tích gấp 1000 lần hiện nay trước
khi co trở lại thành một sao lùn trắng. Khơng ai dám chắc chắn liệu Trái Đất có đủ
gần để bị nuốt chửng bởi Mặt Trời phình to hay là sẽ tránh được thảm họa lửa hủy
diệt đó. Nhưng nay một đội nghiên cứu quốc tế vừa phát hiện ra một hành tinh
trong một hệ mặt trời xa xơi hình như vừa qua khỏi pha kềnh đỏ của ngôi sao của
nó, mặc dù quỹ đạo ban đầu của nó tương tự như Trái Đất (Nature 449 189).

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

Một nghiên cứu do Roberto Silvotti đến từ Đài quan sát thiên văn
Capodimonte ở Naples, Italia, và các đồng nghiệp đến từ Mĩ, Israel, và Đài Loan,
thực hiện cho thấy các hành tinh quay xung quanh một ngôi sao – trong cự lí gấp
hai lần khoảng cách Mặt Trời đến Trái Đất, hay 2 AU – có thể qua khỏi pha kềnh
đỏ. Họ đã phân tích những quan sát về V391 Tegasi, một ngôi sao đã kết thúc pha
kềnh đỏ khoảng 100 triệu năm trước khi, thật khác thường, nó thổi bay “lớp vỏ”
hydrogen cịn lại của nó. Ở trạng thái hiện nay của nó, ngơi sao hiếm “hạ lùn trắng
loại B” V391 Pegasi nở ra co lại khi nó hợp nhất helium thành cacbon trong lõi của
nó.

Hình minh họa ngôi sao V391 Pegasi và các hành tinh quay quanh nó hồi 100 triệu năm trước, khi
ngơi sao ở trong pha kềnh đỏ phình to nhất của nó.

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

sáng đến từ ngơi sao đó. Nhưng họ nhận thấy mỗi 3,2 năm cực đại lại bị lệch đi 5
giây sớm hơn hoặc muộn hơn, cho thấy ngôi sao phải đang dao động là kết quả của

lực hút hấp dẫn của một bạn đồng hành khối lượng thấp có chu kì quỹ đạo này. Với
độ chính xác 97%, họ tính được anh bạn đồng hành này là một hành tinh lớn xấp xỉ
10 tỉ năm tuổi – hành tinh đầu tiên được biết đang quay quanh một ngôi sao hậu
kềnh đỏ.

Quỹ đạo hiện nay của hành tinh nằm ở khoảng cách 1,7 AU, nhưng các nhà
nghiên cứu ước tính trước pha kềnh đỏ, khi ngơi sao có khối lượng lớn hơn, quỹ đạo
đó sẽ gần hơn, có khả năng vào khoảng 1 AU. Quỹ đạo Trái Đất được cho là sẽ tăng
từ 1 AU lên xấp xỉ 1,5 AU khi Mặt Trời mất dần khối lượng của nó, đồng thời
chuyển thành một sao kềnh đỏ.

Mặc dù có những tương đồng, nhưng Solvetti nói rằng khám phá đó khơng
nhất thiết có nghĩa là sẽ tránh bị nuốt chửng giống như hành tinh quay xung quanh
sao V391 Pegasi. Nhưng ông hi vọng rằng khám phá đó sẽ là khám phá đầu tiên
trong số nhiều khám phá sẽ cho phép các nhà vật lí dự đốn chính xác hơn số phận
của Trái Đất.

Tuy nhiên, cho dù là Trái Đất thực sự tai qua nạn khỏi, thì lồi người sẽ vẫn
phải đầu tư cho một số biện pháp bảo vệ sự tác động của Mặt Trời – các nhà nghiên
cứu nghĩ rằng hành tinh của ngơi sao V391 Pegasi có nhiệt độ khoảng 200oC.

Jon Cartwright (physicsworld.com, 12/9/2007)

Kính hiển vi điện tử vượt qua ngưỡng nửa Angstrom

Chiếc kính hiển vi điện tử đầu tiên có thể phân giải những chi tiết nhỏ cỡ
một nửa angstrom (0,05 nm) vừa được phát triển ở Mĩ. Được gọi là kính hiển vi
điện tử truyền qua đã hiệu chỉnh quang sai, hay TEAM, thiết bị đó là kết quả của
một sự hợp tác giữa công ti FEI của Mĩ, Hệ thống Quang điện tử hiệu chỉnh
(CEOS) của Đức, và Phịng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berbeley ở California.

TEAM, là kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi điện tử truyền quét
(STEM) hợp làm một, có thể cho phép các nhà khoa học thu được sự hiểu biết tốt
hơn về cấu trúc và động lực học của vật chất ở mức độ nguyên tử.

TEM hoạt động bằng cách hội tụ chùm electron qua một mẫu vật mỏng và
ghi hình ảnh lên một máy dò ở mặt bên kia. Những thiết bị như thế dùng quan sát
những vật nhỏ xíu tốt hơn nhiều so với kính hiển vi quang học, vì bước sóng của
electron ngắn hơn nhiều so với ánh sáng. STEM tương tự như TEM, khác ở chỗ là
nguồn electron có thể quét qua mẫu vật, cho phép ghi hình và nhận dạng các nguyên
tử riêng lẻ.

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

một chất rắn. Một rào cản đối với sự phân giải hạ angstrom là cầu sai, sự méo mó
khơng thể tránh được của hình ảnh do sử dụng các thấu kính hình trụ làm hội tụ
electron.

Thiết bị TEAM xây dựng trên cơ sở kính hiển vi Titan 80-300 S/TEM của
FEI, đã có bán trên thị trường từ năm 2005. TEAM đạt tới độ phân giải nửa
angstrom bằng công nghệ hiệu chỉnh quang sai mới do CEOS thiết kế và chế tạo
thành đầu khảo sát của kính hiển vi, bàn soi đặt vật và vùng nằm giữa mẫu vật và
máy dị electron. Những cơng nghệ này được tích hợp với một hệ hiệu chỉnh quang
sai dùng trên thấu kính electron của kính hiển vi.

Ảnh TEM chụp bằng TEAM của cấu trúc “hình quả tạ” của các cặp nguyên tử germanium cách
nhau 0,14 nm. Ảnh cho thấy những khoảng cách bên trong nguyên tử có thể đo được với độ chính
xác cực kì cao. Lát cắt cường độ dọc theo đường màu đỏ (góc phải dưới) cho thấy sự tương phản
trong vùng giữa hai nguyên tử germanium trong một quả tạ so với mức cơ bản giữa các quả tạ.

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

Theo Dominique Hubert, tổng điều hành chi nhánh NanoResearch của FEI,
việc đạt tới 0,5 angstrom là một thách thức đặc biệt, vì người ta thu được nó trong
một thiết bị có thể vừa làm TEM và làm STEM. Theo Hubert, điều này yêu cầu các

nhà nghiên cứu phải vượt qua được những thách thức lớn trong việc thiết kế một
thiết bị được tối ưu hóa để đảm nhận chức năng của cả hai loại kính hiển vi.

TEAM được phát triển trong phịng thí nghiệm nghiên cứu và phát triển của
FEI ở Oregon và sẽ được thiết đặt vào cuối năm nay tại Trung tâm kính hiển vi điện
tử quốc gia Mĩ ở Phịng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley. Nó có thể được
đưa vào sử dụng trong quý ba năm 2008 để nghiên cứu cách thức các nguyên tử kết
hợp với nhau hình thành nên vật chất và mức độ tăng trưởng của tinh thể và các vật
liệu khác bị ảnh hưởng như thế nào bởi các nhân tố bên ngồi. Hubert trình bày với
physicsworld.com rằng công nghệ phát triển cho TEAM cuối cùng sẽ được sử dụng
trong những chiếc kính hiển vi Titan thương mại.

Các nhà nghiên cứu phát triển TEAM hiện đang muốn hiệu chỉnh sắc sai, sự
quang sai gây ra bởi các electron có năng lượng khác nhau được kính hiển vi hội tụ
vào những điểm hơi cách nhau một chút.

Hamish Johnston (physicsworld.com, 17/9/2007)

“Máy gia tốc” mây dông làm phát ra chùm tia gamma

Các nhà vật lí Nhật Bản khẳng định đã có được bằng chứng đầu tiên từ
trước đến nay cho thấy các đám mây dơng có thể hoạt động như máy gia tốc hạt
năng lượng cao trong hàng giây hay thậm chí hàng phút liền. Sử dụng một dãy máy
dị bức xạ lắp đặt tại một lò phản ứng hạt nhân, đội nghiên cứu đã ghi được một sự
bùng phát bức xạ gamma 40 giây trong một cơn dông bão lớn. Theo các nhà nghiên
cứu, sự phân bố năng lượng của xung bức xạ đó cho thấy bức xạ được tạo ra bởi
các electron đã được gia tốc bởi hiệu điện thế cao có mặt trong đám mây dông
(arXiv:0708.2947).

Các nhà vật lí đã biết hơn một thập kỉ qua rằng các tia gamma 10 – 20 MeV

được tạo ra trong những đợt bùng phát mili giây trong những cơn bão điện. Người
ta tin rằng những đợt bùng phát này xảy ra khi điện thế cao trong một đám mây làm
gia tốc các electron đến năng lượng tới 35 MeV. Những electron này bị làm chậm
lại do va chạm với các ngun tử trong khơng khí, và kết quả là phóng thích năng
lượng – tia gamma được tạo ra khi electron bị nguyên tử làm lệch khỏi hành trình
của nó.

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

và các xung có chứa bất kì bức xạ nào khác, ví dụ như các hạt tích điện, hay khơng,
cũng là điều không rõ ràng.

Nay, Harafumi Tsuchiya, thuộc Phịng thí nghiệm tia vũ trụ của viện nghiên
cứu RIKEN ở Nhật và các đồng sự sử dụng một dãy máy dò nhạy hướng mới mà họ
lắp đặt tại một nhà máy điện hạt nhân phát hiện một đợt bùng nổ tia gamma 40 giây
trong một cơn bão rất mạnh vào ngày 6/1/2007. Hệ thống của họ tại nhà máy điện
hạt nhân Kashiwazaki-Kariwa trên bờ biển Nhật Bản được thiết kế để đo sự phân bố
năng lượng, thành phần và nguồn gốc của các xung mây dơng.

Bằng cách phân tích sự phân bố năng lượng của xung đó, đội nghiên cứu có
thể kết luận xung đó gồm các tia gamma. Sự định hướng của các máy dò của họ cho
phép đội nghiên cứu xác nhận xung đó đến từ cơn bão và vì những tia gamma như
thế chỉ có thể truyền đi những khoảng cách ngắn trong bầu khí quyển, nên đội
nghiên cứu cũng có thể kết luận rằng xung đó được tạo ra cách máy dị 1 km hoặc
ngắn hơn.

Vì tia gamma đến trước khoảng 1 phút trước khi tia sét đầu tiên đến, nên
Tsuchiya tin rằng xung đó có khả năng được tạo ra trong khi năng lượng điện đang
cấu thành nên đám mây dông, chứ không phải khi năng lượng được phóng thích
dưới dạng tia chớp. Ơng nói thêm rằng q trình đó có thể bắt đầu với một tia
gamma đi qua đám mây và làm ion hóa khơng khí, tạo ra các electron, chúng được
gia tốc về phía dưới của đám mây, là nơi có điện tích dương. Những electron tiếp

tục làm ion hóa các nguyên tử khác trên đường đi của chúng, tạo ra dòng electron
năng lượng cao.

Tsuchiya nói rằng sự bùng phát ở năng lượng MeV sẽ được tập trung thành
một chùm chỉ có thể chiếu lên một diện tích nhỏ trên mặt đất, nên có thể giải thích
tại sao có q ít xung có thời gian tồn tại lâu được quan sát thấy. Đội nghiên cứu có
kế hoạch xác nhận kết luận này bằng cách đặt nhiều máy dò bức xạ trên một diện
tích rộng hơn.

David Smith, một nhà vật lí tại trường đại học California ở Santa Clara và là
một chuyên gia về các xung tia gamma khí quyển, đồng ý rằng xung đó được tạo ra
trong một máy gia tốc mây dông. “Phổ trông rất giống với sự bùng nổ”, ơng nói.
Theo Smith, cần hàng triệu volt để tạo ra các electron MeV có thể duy trì liên tục
trong đám mây hàng giây hay thậm chí hàng phút chừng nào mà dòng electron còn
chưa trở nên quá mạnh để làm đánh thủng điện giống như thác dẫn đến tia chớp.
Smith hiện đang thiết kế một thí nghiệm chuyên chở bằng máy bay để kiểm tra xem
lóe chớp có xảy ra trước xung tia gamma hay khơng.

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

Thí nghiệm tìm thấy thành phần pi cịn thiếu của graphene

Các nhà vật lí ở Mĩ vừa khẳng định họ đã giải được “bí ẩn thành phần pi
còn thiếu”, vấn đề đã làm nhiều nhà vật lí nghiên cứu graphene bối rối kể từ khi vật
liệu này đựợc phát minh ra vào năm 2004. Pi trong nghi vấn liên quan đến sự
không nhất quán giữa độ dẫn của graphene khi đo trong phịng thí nghiệm và giá
trị do lí thuyết tiên đoán. Đội nghiên cứu đã đo độ dẫn dọc theo những tấm
graphene nhỏ xíu là hàm của cả điện thế đặt vào và tỉ số giữa chiều dài và chiều
rộng của các tấm. Kết quả cho thấy lí thuyết là chính xác – nhưng chỉ đúng với
những tấm rất nhỏ có hình dạng nhất định (Science 317_1530).

Graphene là con cưng của các nhà cơng nghệ nano học, vì nó dai, dễ chế tạo

và là chất dẫn nhiệt và dẫn điện rất tốt. Trong thực tế thì chiều dày chỉ một nguyên
tử khiến nó là một hệ lí tưởng dùng để khảo sát những tính chất kì lạ thường xuất
hiện của các electron “hai chiều”.

Có lẽ tính chất lạ lùng nhất của graphene là nó có vẻ xử sự vừa giống như
kim loại vừa giống như chất bán dẫn. Nếu đặt các điện cực ở hai đầu tấm graphene
và thiết đặt một điện thế cổng qua bề mặt, thì độ dẫn điện dọc theo tấm sẽ khác
nhau đối với những giá trị khác nhau của điện thế cổng – giống hệt như một chất
bán dẫn. Nhưng không giống như chất bán dẫn, độ dẫn của graphene không tiến tới
không khi điện thế cổng giảm xuống dưới một giá trị nhất định – tính chất này
giống với kim loại. Tuy nhiên, trước đây, khi các nhà vật lí cố đo độ dẫn cực tiểu
này, họ tìm thấy nó có giá trị lớn hơn lí thuyết tiên đốn pi lần.

Trong khi một số người lo lắng rằng lí thuyết có thể sai lầm, thì những người
khác tự hỏi khơng biết giá trị cực tiểu đó có liên quan tới hình dạng và kích thước
của tấm graphene hay không. Nay Chun Ning Lau và các đồng sự ở trường đại học
California, tại Riverside, chứng tỏ đấy chính là trường hợp cần giải quyết của vấn
đề.

Đội nghiên cứu đã đo độ dẫn cực tiểu của 14 hình chữ nhật graphene khác
nhau, với chiều rộng và chiều dài nằm trong khoảng từ 300 đến 8000 nm. Đối với
các mẫu có chiều dài nhỏ hơn 500 nm, đội nghiên cứu phát hiện thấy độ dẫn cực
tiểu đạt tới giá trị lí thuyết khi chiều rộng của hình chữ nhật gấp hai lần chiều dài
của nó. Tuy nhiên, khi chiều rộng trở nên nhỏ hơn giá trị này, thì độ dẫn lại tăng
quá giá trị lí thuyết. Đội nghiên cứu cũng tìm thấy ở những tấm dài hơn 3000 nm,
độ dẫn luôn luôn lớn hơn giá trị lí thuyết, ngay cả khi chiều rộng gấp hai lần chiều
dài.

Lau nói với physicsworld.com rằng thí nghiệm đó cho thấy lí thuyết chỉ áp
dụng được cho những tấm graphene rất nhỏ, và độ dẫn cực tiểu phụ thuộc vào hình

dạng của tấm graphene.

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

tấm. Ơng nói với physicsworld.com rằng cơng trình của Lau đã “khép lại một
chương về graphene”.

Hamish Johnston (physicsworld.com, 14/9/2007)

“Tơ sợi” hình thành nên những ngôi sao đầu tiên

Cách thức những ngôi sao, thiên hà, và những cấu trúc vũ trụ khác hình
thành buổi ban đầu phụ thuộc mạnh mẽ vào bản chất của vật chất tối, theo khẳng
định của các nhà vật lí ở Anh và Bỉ. Bằng cách mô phỏng những tác động ban đầu
của vật chất tối “ấm áp” mà một số nhà vật lí xem là dạng phổ biến nhất của vật
chất tối, các nhà nghiên cứu nhận thấy những ngôi sao đầu tiên ra đời trong đám
“tơ sợi” khí nặng dày đặc – như vậy là đi ngược lại quan điểm truyền thống của
các nhà vật lí về sự hình thành sao (Science 317 1527).

Như từ trước đến nay vẫn chưa được khám phá ra, vật chất tối được cho là
tồn tại vì các thiên hà hình như được giữ lại với nhau bằng sức hút hấp dẫn của khối
lượng lớn hơn khối lượng chúng ta có thể thấy qua các kính thiên văn. Các hạt vật
chất tối có thể “nóng bỏng”, có nghĩa là chúng nhẹ và nhanh, mặc dù các mô phỏng
cho thấy vật chất tối nóng sẽ khơng giải thích được cách thức các cấu trúc vũ trụ
hình thành sau Big Bang. Do đó, đa số các nhà vật lí nghĩ rằng các hạt lạnh hay
chuyển động chậm hơn là có khả năng hơn, vì chúng có thể giải thích tốt hơn sự
tiến hóa của vũ trụ. Nhưng vật chất tối lạnh có vẻ lại khơng phù hợp với mật độ
quan sát thấy của những cấu trúc dưới thiên hà nhất định.

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

Tuy nhiên, trong vài năm qua, một số nhà nghiên cứu theo đuổi khả năng có
thể của vật chất tối ấm, chúng sẽ vẫn mang lại sự tiến hóa quy mơ lớn của vũ trụ
nhưng phù hợp tốt hơn với những quan sát về những cấu trúc có quy mơ nhỏ hơn.

Nay Liang Gao ở trường đại học Durham và Tom Theuns ở trường đại học Antwerp
vừa thực hiện những mô phỏng bằng số về sự hình thành sao buổi sơ khai củng cố
thêm lịng tin vào lí thuyết vật chất tối ấm.

Theo lí thuyết vật chất tối lạnh, những ngơi sao đầu tiên hình thành từ những
“vầng hào quang nhỏ” nằm trong những đám mây khí và vật chất tối cô lập – không
giống như những ngơi sao trong thời kì hiện nay của chúng ta, chúng hình thành
trong những đám khí phân tử bên trong các thiên hà. Theo mô phỏng của Gao và
Theuns, một hạt vật chất tối loại ấm sẽ làm thay đổi bức tranh này sao cho các vầng
hào quang nhỏ được thay thế bằng những “sợi tơ” khí tích góp kéo dài thành vệt.
Những sợi tơ này có khối lượng lớn – dài khoảng 9000 năm ánh sáng hay khoảng
một phần tư kích thước thiên hà của chúng ta.

Các nhà nghiên cứu nói những sợi to đó có thể tạo ra một số lượng lớn
những ngơi sao có khối lượng nhỏ có thể tồn tại cho đến ngày hôm nay, và theo thời
gian chúng có thể sẽ co lại hình thành nên những lỗ đen siêu trọng mà chúng ta đã
phát hiện nằm ở tâm của những thiên hà lớn nhất.

Jon Cartwright (physicsworld.com, 13/9/2007)

Phát hiện một lớp mới trong lớp bao của Trái Đất

Các nhà vật lí ở Mĩ và Pháp khẳng định đã có thể chỉ ra được có một lớp
trước nay chưa được biết tới trong lớp bao tầng dưới của Trái Đất, trong đó trạng
thái spin của các electron của sắt đảo nhanh, gây ra sự thay đổi mật độ của lớp
bao. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra “vùng chuyển trạng thái spin” bằng cách đặt
các mẫu vật phịng thí nghiệm của vật chất thuộc lớp bao tầng dưới trước áp suất
và nhiệt độ cao. Kết quả của họ có thể ảnh hưởng tới kiến thức của chúng ta về
cách thức sóng địa chấn truyền đi bên trong Trái Đất (Science 317 1740).

Nằm giữa 650 và 2800 km bên dưới bề mặt Trái Đất, lớp bao tầng dưới
chiếm trên một nửa thể tích của Trái Đất, và chủ yếu cấu thành từ những hợp chất
chứa các nguyên tố oxygen, magnesium và silicon. Tuy nhiên, có gần 5% là sắt,
chứa dưới dạng hợp chất ferropericlase (một loại sắt-magnesium oxide) và silicate
perovskite (một loại sắt-magnesium silicate).

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

Phịng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore và các đồng nghiệp đến từ những
viện nghiên cứu khác của Mĩ và Tổ hợp bức xạ Synchrotron châu Âu ở Pháp vừa
cho biết sự chuyển trạng thái đó hơi đột ngột hơn một chút

Hình cắt của Trái Đất cho thấy, khi áp suất và nhiệt độ tăng về phía lõi của Trái Đất,
spin của các electron của sắt chuyển trạng thái.

Nhóm của Lin đặt ferropericlase trước áp suất biến thiên trong một cái đe kim
cương nhỏ đồng thời làm nóng nó bằng laser, và lập biểu đồ trạng thái spin bằng
phổ phát xạ tia X. Họ tìm thấy có một vùng chuyển tiếp xác định trong đó các trạng
thái spin trao đổi, nằm ở độ sâu giữa 1000 và 2200 km. “Kết quả của chúng tôi cho
thấy sự xuất hiện của một lớp mới bị giới hạn bởi sự chuyển trạng thái spin, gọi là
vùng chuyển tiếp spin”, Lin nói. Các nhà nghiên cứu cho rằng silicate perovskite –
nguồn phổ biến hơn của sắt trong lớp bao tầng dưới – cũng phải biểu hiện vùng
chuyển tiếp spin, mặc dù họ chưa kiểm tra được điều đó.

Jon Cartwright (physicsworld.com, 20/9/2007)

Tiến bộ mới về việc bẫy nguyên tử

Các nhà vật lí ở Mĩ đã làm chủ được việc bẫy hai ion nguyên tử riêng lẻ
cách nhau một mét. Hệ của họ, hệ đầu tiên sử dụng photon làm bẫy từ xa một cặp
ion nguyên tử, có thể đặt nền tảng cho việc chế tạo những mạng thông tin lượng tử
thực tế (Nature 449_68).

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

ra bằng cách đo giá trị của qubit kia. Mặc dù những tính chất lạ lùng này đã làm nảy
sinh một loạt ứng dụng, ví dụ như mã hóa lượng tử, những dụng cụ tương lai sẽ
xoay quanh khả năng làm bẫy từ xa các qubit trong một mạng cách nhau những
khoảng cách lớn.

Các nguyên tử lí tưởng được sử dụng để lưu trữ các qubit vì chúng vẫn bền
vững trước những khoảng thời gian lâu dài, trong khi các photon – có thể truyền
không bị nhiễu đi những khoảng cách lớn – sẽ làm bẫy chúng. Chris Monroe ở
trường đại học Maryland và những người khác ở trường đại học Michigan đã chứng
minh được rằng các photon phát ra về phía nhau từ các qubit nguyên tử riêng lẻ có
thể - sau khi chúng gặp nhau ở giữa đường – làm bẫy các qubit từ xa.

Trong thí nghiệm của họ, hai ion nguyên tử bị bẫy cách nhau một mét bằng
điện trường được kích thích vào trạng thái năng lượng cao hơn bằng một xung ánh
sáng laser. Ngay tức thời sau đó, mỗi ion rơi trở lại một trong hai trạng thái năng
lượng riêng biệt đồng thời phát ra một photon có tần số tương ứng có thể cho biết
trạng thái mới đó là gì. Cả hai photon này bị bắt bởi một thấu kính và được dẫn về
phía nhau dọc theo một sợi quang.

Tại hai đầu của sợi quang, các photon gặp một bộ tách chùm tia, và nếu
chúng có cùng tần số, chúng sẽ giao thoa. Monroe và các cộng sự sau đó có thể phát
hiện các photon ở hai đầu ra của bộ tách chùm tia, từ đó họ suy ra được các trạng
thái ngun tử. Tuy nhiên, vì họ khơng thể biết những trạng thái ion này phụ thuộc
vào gì, nên các ion vẫn ở trạng thái chồng chất của hai xác suất – nói cách khác,
chúng vẫn cịn bị bẫy.

Đội Michigan có thể chứng minh sự bẫy này tồn tại bằng cách sử dụng một
laser khác khảo sát hai ion đó, chúng sẽ phát huỳnh quang khác nhau tùy thuộc vào
trạng thái của chúng, tìm các dấu hiệu tương quan. Tiến hành chạy nhiều thí

nghiệm, họ nhận thấy các tương quan vẫn tồn tại, ngay cả khi các ion bị “quay”
nhằm thỏa mãn mọi điều kiện thống kê. “Sự bẫy có ích của những trạng thái như thế
của vật chất trước đây chưa bao giờ được thiết lập đối với một khoảng cách như
thế”, Monroe nói với physicswprld.com.

Tuy nhiên, hệ đó có lẽ khơng có ngay những ứng dụng thực tế. Sai sót ở thiết
bị dẫn đến xác suất bẫy vào khoảng 10-9, nghĩa là các nhà nghiên cứu chỉ thu được
sự bẫy thành công trong mỗi vài ba phút, mặc dù lặp lại q trình đó hàng triệu lần
mỗi giây. Hơn nữa, các photon tử ngoại gần cần thiết lại bị thất thoát cao trong sợi
quang, chúng làm hạn chế lợi thế khoảng cách lớn của hệ. “Chúng tơi đang tìm
những khả năng chuyển đổi có hiệu quả những photon này đến bước sóng thân thiện
hơn – hay cả với bước sóng viễn thơng, ở bước sóng đó chúng có thể an tồn truyền
đi nhiều km”, Monroe nói.

</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

Nguồn vi sóng đơn photon lắp vừa một con chip

Truyền thơng lượng tử trên một con chip đã tiến thêm một bước nữa khi các
nhà vật lí Mĩ vừa chế tạo được một nguồn đơn photon có thể sánh được với mạch
tích hợp. Nguồn phát đó, hoạt động trên cơ sở một tiếp giáp đường hầm siêu dẫn,
có thể dùng để phát ra các photon vi sóng mang thơng tin lượng tử từ một phần của
mạch tích hợp đến một phần khác (Nature 449 328).

Các hệ truyền thơng vi sóng sử dụng cái gọi là mật mã lượng tử có thể một
ngày nào đó thay thế cho các hệ truyền thơng an tồn thơng thường, nhưng không
phải trước khi các nhà vật lí có được một phương tiện thực tế đưa được các bit
lượng tử, hay qubit, lên một con chip tương tự như hệ thống có trong những chiếc
máy tính ngày nay. Photon là một sự lựa chọn tốt để mang các qubit, nhưng trừ khi
chúng có thể được phát ra từng photon một và chắc chắn, vẫn có nguy cơ một ai đó
chặn lại photon thừa để lén lút lấy cắp thông tin.

Một phương pháp thu được một nguồn photon riêng lẻ từng hạt một là đặt
một nguyên tử - qubit – bên trong một hộp nhỏ xíu và kích thích nó lên trạng thái
năng lượng cao hơn sao cho nó phát ra một photon chứa trạng thái qubit đã được
sắp xếp ra khỏi cửa hộp. Nhưng các hộp thường là ba chiều, nên khiến chúng khó
ghép đôi với các dây gần như hai chiều trong các mạch tích hợp. Tuy nhiên, nay
Robert Schoelkopf và các đồng sự ở trường đại học Yale đã giải quyết được vấn đề
bằng cách tạo ra chính phần hộp như các dây hai chiều và đặt bên trong một tiếp
giáp đường hầm siêu dẫn như qubit thay cho một nguyên tử.

Tiếp giáp gồm có hai hạt nhôm cách nhau một hàng rào cách điện nhỏ. Cơ
học lượng tử cho phép các electron ghép đơi lên chui hầm qua rào chắn, có nghĩa là
– giống như một nguyên tử thật sự - tiếp giáp có những mức năng lượng đơn giản,
trong trường hợp này tương ứng với bao nhiêu cặp electron ở mỗi phía của rào
chắn. Bằng cách hấp thụ một photon vi sóng, một cặp electron bên này sẽ chui hầm
sang phía bên kia, tương đương với một trạng thái kích thích của nguyên tử. Tương
tự, cặp electron có thể chui hầm trở lại trạng thái khơng kích thích bằng cách phát ra
một photon. Điều này có nghĩa là sự tồn tại của một photon ở đầu dây bên kia sẽ
cho biết trạng thái của qubit khi đó.

Khơng giống như các bit thông tin cổ điển, chúng phải nhận giá trị hoặc 0
hoặc 1, các qubit có thể ở vào trạng thái “chồng chất” 0 và 1 đồng thời. Để làm cho
lớp tiếp giáp hoạt động như một qubit, Schelkopf và các đồng sự đã thiết đặt một từ
trường đưa lớp tiếp giáp vào trạng thái kích thích, trạng thái khơng kích thích, hay
sự chồng chất của cả hai.

Vi sóng thường được sử dụng trong truyền thơng truyền thống, và nguồn
phát đơn photon của Schoelkopf và các đồng sự là một bước tiến tới sử dụng vi
sóng trong truyền thơng lượng tử. Hiện nay, họ có thể thu được hiệu suất 38% cho
việc phát ra một photon thơng qua một trạng thái kích thích và 12% cho trạng thái
chồng chất, nhưng Schoelkopf nói với physicsworld.com rằng thách thức là ở chỗ

chuyển tải thông tin từ photon đó trở lại qubit.

</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

Âm thanh làm điện trở giảm nhiều lần

Một sự bùng phát xung âm thanh thuần túy có thể làm cho điện trở của
manganite giảm đi gần một trăm ngàn lần so với giá trị ban đầu của nó, đó là kết
quả do một đội các nhà vật lí Anh, Mĩ, và Nhật Bản công bố. Hiệu ứng này, được
đặt tên là “âm trở lớn”, được cho là do sự tương tác giữa các electron và các dao
động mạng lượng tử hóa gọi là phonon. Các nhà nghiên cứu tin rằng hiệu ứng đó
có thể được sử dụng để chế tạo các máy dò bức xạ terahertz và rốt cuộc sẽ mang
thêm ánh sáng mới cho sự siêu dẫn nhiệt độ cao (Nature 449_72).

Các nhà vật lí biết rằng điện trở của một manganese oxide nhất định gọi là
manganite có thể giảm nhiều đến hàng chục bậc độ lớn khi chất đó đối mặt với từ
trường. Trong khi một lời giải thích đầy đủ tại sao từ trở lớn (CMR) này xảy ra còn
lẩn tránh các nhà nghiên cứu, thì các nhà vật lí nghi ngờ rằng đơi khi nó có liên
quan tới tương tác giữa electron và phonon.

Nay, một đội nghiên cứu quốc tế đứng đầu là Andrea Cavalleri tại trường đại
học Oxford đã tiến hành một thí nghiệm mang lại cái nhìn sâu sắc hơn về vai trị của
phonon trong CMR. Đội nghiên cứu đã bắn một xung laser terahertz (THz) ngắn lên
một mẫu manganite đồng thời theo dõi điện trở của nó bằng cách đo dịng điện chạy
qua nó. Khi năng lượng của laser chuyển thành một tần số phonon nhất định, điện
trở của vật giảm đột ngột trong khoảng 5 ns trước khi lấy lại giá trị ban đầu của nó.

Theo Cavaller, xung laser đó – kéo dài khoảng 300 fs – là đủ lâu để tạo ra
những phonon ở tần số nhất định (khoảng 17 THz). Tuy nhiên, nó cũng đủ ngắn để
tránh kích thích các electron và phonon khác ở những tần số khác. Điều này cho
phép đội nghiên cứu kết luận rằng sự giảm điện trở là do tương tác giữa phonon 17
THz và các electron ở trạng thái cân bằng của chúng. Xung đó cũng đủ ngắn để đảm

bảo rằng các electron không bị nóng lên, nghĩa là CMR không nhất thiết yêu cầu
các electron phải “nóng”.

Bằng cách chỉ kích thích các phonon 17 THz và không làm nóng vật, đội
nghiên cứu đã tránh được bài toán “con gà và quả trứng” thường làm người ta rất
khó nghiên cứu các chất như manganite. Trong những chất như thế, các electron
tương tác lẫn nhau thông qua các phonon và nếu thí nghiệm kích thích cả các
electron lẫn phonon, có khả năng nó sẽ không thể xác định được, chẳng hạn, đâu là
nguyên nhân của CMR và đâu là ảnh hưởng của CMR.

Bài toán “con gà và quả trứng” cũng ảnh hưởng tới những ai nghiên cứu các
chất siêu dẫn nhiệt độ cao chứa đồng, và Cavalleri và các đồng sự hiện nay đã có kế
hoạch sử dụng kĩ thuật đó nhằm thu được sự hiểu biết tốt hơn về vai trò của tương
tác electron – phonon trong những chất này.

</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

Kính hiển vi tia X khơng có thấu kính dùng trong phịng thí nghiệm

Việc ghi ảnh tia X ở thang nano của các mẫu sinh vật học có thể sớm trở nên
dễ dàng hàng ngày trong bất cứ phịng thí nghiệm nào nhờ một bước đột phá do các
nhà vật lí ở Mĩ thực hiện. Đội nghiên cứu đã chỉ ra rằng kính hiển vi tia X khơng có
thấu kính không nhất thiết yêu cầu nguồn tia X từ máy gia tốc lớn. Thay vì vậy, một
kĩ thuật gọi là sự phát điều hòa cao có thể được sử dụng để chế tạo những chiếc
kính hiển vi tia X “để bàn” nhỏ hơn dựa trên laser hồng ngoại rắn (Phys. Rev. Lett.
99_098103).

Tia X được thèm khát cho kính hiển vi vì bước sóng ngắn của chúng cho
phép các ảnh có độ phân giải cao, nhưng không giống như kính hiển vi điện tử,
chúng có thể dùng với những mẫu vật dày. Thật khơng may mắn, thấu kính dùng
cho tia X đòi hỏi phải chế tạo hết sức tinh vi, và kết quả là có rất nhiều nghiên cứu
tập trung vào chế tạo những chiếc kính hiển vi khơng có thấu kính, chúng sử dụng

một thuật tốn máy tính để tạo ra hình ảnh từ đặc trưng nhiễu xạ của mẫu vật. Tuy
nhiên, những chiếc kính hiển vi này hoạt động trên cơ sở tia X kết hợp, thường chỉ
có thể thu được từ các tổ hợp máy gia tốc lớn, ví dụ như laser electron tự do.

Henry Kapteyn, Margaret Murnane và các đồng sự đã chế tạo được một chiếc kính hiển vi tia X để
bàn khơng có thấu kính. Hình trên là bệ kiểm tra ảnh nhiễu xạ.

</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

trình gọi là sự phát điều hịa cao. Quá trình này làm cho việc sử dụng một nguồn rắn
có thể tạo ra được ánh sáng kết hợp, nhưng với bước sóng dài hơn so với tia X mà
người ta mong đợi. Ánh sáng đó được chiếu vào một ống chứa đầy khí, trong đó các
ngun tử hấp thụ các chùm photon và rồi phát ra các tia X riêng lẻ có bước sóng
ngắn hơn nhiều.

Ảnh nhiễu xạ từ chiếc kính hiển vi tia X khơng thấu kính của các nhà nghiên cứu Mĩ
Nhóm nghiên cứu sử dụng một laser hồng ngoại có bước sóng 780 nm làm
nguồn sáng, và sau q trình phát điều hịa cao kết thúc, họ thu được nguồn tia X
kết hợp có bước sóng 29 nm. Họ nhận thấy các tia X “mềm” này có thể ghi ảnh các
vật với độ phân giải 214 nm. Giá trị này không tốt lắm so với độ phân giải 62 nm đã
được chứng minh gần đây ở laser electron tự do FLASH lớn tại Hamburg, Đức,
nhưng thực tế việc ghi ảnh có thể được tiến hành ở bất cứ phịng thí nghiệm nào
khiến cho kính hiển vi tia X khơng thấu kính có tính khả thi đối với nhiều nhà
nghiên cứu. Richard Sandberg, một trong số các nhà nghiên cứu, nói với
physicsworld.com rằng nhóm nghiên cứu của ông hiện nay đang cải tiến dụng cụ
của họ để đạt được độ phân giải không gian cao hơn.

</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

Tạo ra được phân tử vật chất-phản vật chất đầu tiên

Phân tử đầu tiên từ trước đến nay cấu thành từ các cặp vật chất – phản vật
chất đã được các nhà vật lí ở Mĩ tạo ra. Được đặt tên là “dipostronium”, nó chứa
hai electron và hai positron liên kết với nhau theo kiểu giống hệt như phân tử

hydrogen. Các nhà nghiên cứu khẳng định kĩ thuật của họ có thể được cải tiến
nhằm chế tạo ra hóa đặc Bose-Einstein vật chất-phản vật chất đầu tiên và cuối
cùng là “laser tia gamma tự hủy” đầu tiên, chúng có thể được dùng cho nghiên cứu
những vật rất nhỏ như hạt nhân nguyên tử (Nature 449_195).

Mơ hình Chuẩn của vật lí hạt nói rằng mỗi hạt có một đối tác phản hạt của nó
– ví dụ, electron cặp đơi với hạt positron tích điện dương. Mặc dù các electron và
positron hủy lẫn nhau, nhưng chúng có thể kết hợp với nhau trong khoảnh khắc tạo
nên một nguyên tử positronium, tương tự như nguyên tử hydrogen. Theo lí thuyết,
hai nguyên tử positronium có thể liên kết với nhau hình thành nên phân tử
dipositronium. Tuy nhiên, các nhà vật lí nhận thấy rằng khó mà tạo ra được lượng
dipositronium có thể phát hiện được vì rất khó thu được đủ số nguyên tử ở cùng một
nơi để phản ứng và hình thành nên phân tử.

Thí nghiệm Cassidy và Mills: Buồng trong đó chùm positron tương tác với silica nằm ngay chính
giữa ảnh. Vật màu xanh phía ngồi cùng bên trái là một camera CCD dùng để ghi hình chùm
positron và xác định mật độ của nó. Hai vật màu xanh bao quanh buồng giữa là các cuộn từ tính

dùng để ép các positron vào một vùng nhỏ của silica. Hình trụ mà đen lớn kéo dài ra phía trước
ảnh là máy dò tia gamma.

</div>
<span class='text_page_counter'>(21)</span><div class='page_container' data-page=21>

triển bởi Clifford Surko và các đồng sự ở trường đại học California, tại San Diego,
để thu thập các positron từ sự phân hủy của sodium-22.

Khi khoảng 20 triệu positron được tích góp, phần chứa của bẫy được tập
trung vào một đốm nhỏ trên một mẫu silica tổ ong. Các positron đi theo đường của
chúng vào các lỗ tổ ong, trong đó chúng phản ứng với electron hình thành nên
positronium. Bề mặt giữ vai trị quyết định trong việc khuyến khích dipositronium
hình thành vì nó làm ổn định các phân tử bằng cách hấp thụ năng lượng giải phóng
khi phân tử hình thành.

Sự có mặt của dipositronium được xác nhận bằng cách theo dõi sự phân hủy
electron-positron trong silica. Các nguyên tử positronium tồn tại ở hai trạng thái
lượng tử khác nhau tùy thuộc vào sự định hướng tương đối của spin của các
electron và positron. Trạng thái “para” chỉ tồn tại khoảng 125 ps trước khi phân
hủy, còn trạng thái “ortho” tồn tại lâu hơn đến 1000 lần (142 ns) trước khi phân
hủy. Dipositronium hình thành khi hai nguyên tử ortho gặp nhau nhưng không có gì
làm dừng hai positron trong phân tử khỏi bị trao đổi đối tác electron của chúng và
tạo ra các nguyên tử para. Kết quả là các nguyên tử ortho trong phân tử không tồn
tại lâu như các nguyên tử ortho tự do.

Bằng cách theo dõi tia gamma phóng thích trong sự phân hủy, các nhà
nghiên cứu thấy được sự biến đổi thời gian sống toàn thể của positronium trong
silica, họ giải thích đó là bằng chứng cho sự hình thành dipositronium. Theo Cassid,
kết quả này được xác nhận bằng việc làm nóng silica, ngăn cản positronium gắn kết
với nhau và làm giảm số lượng phân tử dipositronium có thể được tạo ra. Khi điều
này được thực hiện thì thời gian sống của positronium sẽ tăng lên.

Cassidy nói với physicsworld.com rằng ông và Mills hiện đang nghiên cứu
việc tạo ra hóa đặc Bose-Einstein (BEC) của positronium, trong đó mọi phân tử đều
được đặt vào cùng một trạng thái lượng tử. Tính tốn cho thấy BEC có thể được tạo
ra bằng cách nâng mật độ của positronium lên 1000 lần và làm lạnh nó tới khoảng
15 K. Cassidy nói có thể thực hiện được việc này bằng cách tích góp nhiều positron
hơn trong bẫy và sau đó bắn một xung mạnh hơn lên silica. Những cải tiến đối với
chính silica cũng có thể giúp làm việc này, ơng nói.

Nếu như mật độ được tăng lên 1000 lần nữa, thì BEC có thể được dùng để
chế tạo một laser tia gamma phân hủy. Trong một dụng cụ như thế, các cặp
positron/electron có thể được làm cho phân hủy thành một đợt, tạo ra một dòng
photon tia gamma kết hợp tương tự như ánh sáng laser. Tia gamma phân hủy có

bước sóng rất ngắn, nghĩa là có lẽ một ngày nào đó một laser như thế sẽ được sử
dụng để nghiên cứu những vật rất nhỏ như hạt nhân nguyên tử chẳng hạn.

</div>
<span class='text_page_counter'>(22)</span><div class='page_container' data-page=22>

Vật liệu lí tưởng vơ hình hồn tồn

Nếu bạn muốn chế tạo một cái áo choàng hoàn tồn vơ hình, bạn nên sử
dụng các vật liệu càng lí tưởng càng tốt, đó là kết quả tính tốn do các nhà vật lí ở
Thụy Điển thực hiện. Đội nghiên cứu đã xem xét kĩ lưỡng cơ sở toán học của sự vơ
hình và nhận thấy một cái áo chồng với những thơng số vật liệu “lí tưởng” sẽ lảm
ẩn đi vật thể - nhưng ngay cả một sự lệch nhỏ nhất khỏi những thông số này cũng
làm cho ánh sáng bị tán xạ đáng kể có thể làm lộ ra cái áo choàng đối với người
quan sát.

Lần đầu tiên được đề xuất trên lí thuyết hồi tháng 5 năm ngoái và được thực
hiện với vi sóng 5 tháng sau đó, chiếc áo chồng vơ hình đã thu hút trí tượng của
đơng đảo cơng chúng cũng như các cơ quan phòng thủ. Ý tưởng là siêu chất liệu đó
– chất liệu nhân tạo có những tính chất điện từ kì lạ - có thể được thiết kế để dẫn
đường bức xạ đi xung quanh vật, giống như nước chảy xung quanh một tảng đá
phẳng phiu.

Một cái áo choàng hoàn hảo sẽ cần phải làm cho ánh sáng truyền qua bên
trong của nó bắt kịp ánh sáng truyền vịng quanh nó để ngăn cản một sự tán xạ. Các
nhà vật lí nghĩ rằng cách duy nhất để làm được việc này là làm cho vận tốc pha của
ánh sáng trên quang trình bên trong vơ hạn bằng cách sử dụng một siêu chất liệu có
giá trị hằng số điện môi và độ từ thẩm vô hạn, giá trị đó khơng thể có được. Vì khó
mà xử lí những giá trị vô hạn bằng số học, nên vẫn có sự bất định về việc một siêu
chất liệu có cả những thơng số lí tưởng này sẽ có thể làm cho vật thể hồn tồn tàng
hình hay khơng, và do đó là cả mức độ lệch khỏi những thơng số lí tưởng cỡ bao
nhiêu là chấp nhận được trong một dụng cụ thực tế.

Min Qiu và các cộng sự ở Viện Công nghệ Hoàng gia đã tiếp cận vấn đề này
bằng một phương pháp giải tích. Họ bắt đầu xem xét một cái áo chồng hình trụ, và
giải các phương trình liên hệ điện trường của ánh sáng với bán kính của lớp siêu vật
liệu. Để tránh các giá trị vô hạn xuất hiện tại lớp trong cùng nhất, họ cộng thêm một
độ lệch nhỏ vào bán kính này, nhưng rồi tính cái xảy ra khi họ cho độ lệch này tiến
gần tới không.

Đội nghiên cứu nhận thấy sự tán xạ ánh sáng thật sự từ từ biến mất khi độ
lệch giảm xuống. Tuy nhiên, họ cũng nhận thấy chỉ một sự lệch nhỏ xíu – ví dụ vào
cỡ 10-99 của bán kính trong – cũng vẫn sẽ tạo ra sự tán xạ đáng kể. Đối với nhà quan
sát, Qiu khẳng định, sự tán xạ này xuất hiện dưới dạng một đường mảnh ở chính
giữa áo choàng và sẽ từ từ trở nên mờ nhạt hơn khi độ lệch tăng lên.

Ulf Leonhardt – một trong các nhà vật lí nêu lên đề xuất chiếc áo chồng
tàng hình hồi năm ngối – nói với physicsworld.com rằng ơng nghĩ sự nhạy cảm lí
thuyết với sự lệch là rất hấp dẫn. Nhưng ông chỉ ra rằng dụng cụ thực nghiệm được
chứng minh hồi năm ngoái bởi các nhà nghiên cứu ở trường đại học Duke, Mĩ, hoạt
động rất tốt, cho thấy độ nhạy có lẽ khơng quan trọng trong những dụng cụ thực tế.

</div>
<span class='text_page_counter'>(23)</span><div class='page_container' data-page=23>

Phóng thành công tàu Selene lên mặt trăng

Phi thuyền phức tạp nhất để nghiên cứu mặt trăng trong hơn 30 năm qua đã
được phóng lên vào hơm 14/9 bởi JAXA, Cơ quan thám hiểm không gian của Nhật
Bản. Gọi tên là Selene, sứ mệnh sẽ giúp các nhà khoa học tìm hiểu nguồn gốc và sự
tiến hóa của mặt trăng, và có khả năng cịn định vị trí cho một căn cứ mặt trăng
tương lai. Phi thuyền được phóng lên lúc 10 : 31 giờ địa phương từ hòn đảo
Tanegashima của Nhật Bản, và nếu thành công nó sẽ giúp củng cố lại uy tín cho
JAXA, cơ quan đã trải qua một loạt sứ mệnh thất bại trong vịng vài năm qua.

45 phút sau khi phóng, JAXA xác nhận phi thuyền trị giá 484 triệu đôla đã

tách khỏi tên lửa đẩy của nó và sau đó quay xung quanh Trái Đất hai vịng trước khi
bắt đầu hành trình của nó tới mặt trăng. Một khi lên đến đó, nó sẽ tách thành một
tàu quỹ đạo chính, tàu sẽ quan sát mặt trăng từ quỹ đạo tròn 100 km trong vòng một
năm, và một vệ tinh “VRAD” nhỏ sẽ đo trường hấp dẫn của mặt trăng từ quỹ đạo
elip 800 km. Một vệ tinh nhỏ thứ ba sẽ hỗ trợ VRAD đo đạc từ một quỹ đạo elip ở
xa 2400 km và tiếp chuyển dữ liệu từ tàu quỹ đạo chính về Trái Đất.

Tổng cộng Selene có 15 sứ mệnh quan sát khác nhau. Những sứ mệnh này
bao gồm từ việc ghi nhận các nguyên tố và khoáng chất khác nhau trên bề mặt mặt
trăng bằng quang phổ kế và máy ghi ảnh hồng ngoại, cho tới việc lập bản đồ cấu
trúc địa hình bằng một camera ảnh nổi, radar và một cao kế laser. Sứ mệnh cũng sẽ
nghiên cứu những tính chất mơi trường của mặt trăng, ví dụ như từ trường của nó,
và khảo sát xem tầng điện li và từ quyển của Trái Đất trông như thế nào từ góc độ
trên mặt trăng. Cuối cùng, Selene sẽ sử dụng một camera phân giải cao quay phim
cảnh Trái Đất mọc lên từ đường chân trời của mặt trăng.

</div>
<span class='text_page_counter'>(24)</span><div class='page_container' data-page=24>

sứ mệnh. Vào năm 2005, phi thuyền Hayabusa, được thiết kế để mang về các mẫu
đá từ các tiểu hành tinh, đã thất bại vì nhiệm vụ đề ra cao quá. Trước đó, JAXA đã
phải hủy một tên lửa mang vệ tinh do thám khi nó bị lệch khỏi hành trình sau khi
được phóng lên.

Sau khi quay hai vịng quanh Trái Đất, Selene tách khỏi tên lửa đẩy của nó
và bắt đầu hành trình 380 000 km tới mặt trăng.

Nếu như mọi thứ diễn biến đúng như hoạch định, Selene sẽ tiến hành các
nghiên cứu về mặt trăng ở quy mô rộng lớn nhất kể từ chương trình Apollo của
NASA hồi thập niên 1960 và 1970, và sẽ giúp Nhật Bản đi trước Trung Quốc và Ấn
Độ, những nước cũng đang có kế hoạch phóng phi thuyền lên mặt trăng trong vài
năm tới.

Jon Cartwright (physicsworld.com, 14/9/2007)

Thành bình nhớp nháp làm chậm quá trình pha trộn

</div>
<span class='text_page_counter'>(25)</span><div class='page_container' data-page=25>

Emmanuelle Gouillart và một đội nghiên cứu tại CEA Saclay, hợp tác với
Jean-Luc Thiffeault tại Imperial College, bắt đầu bằng việc tiêm một lượng nhỏ
thuốc nhuộm đen vào một bình trụ chứa nước đường trong suốt, dày. Nước đường
sau đó được trộn bằng một que thẳng đứng khuấy theo hình số 8 đồng thời sự tập
trung của thuốc nhuộm được đo bằng một camera kĩ thuật số. Mức độ trộn lẫn được
định lượng dưới dạng sự biến thiên của mức độ tập trung của thuốc nhuộm trong
mẫu – với chất lỏng màu xám là phần được pha trộn hồn tồn.

Thí nghiệm cho thấy sự pha trộn xảy ra ở vùng chính giữa của bình, nhưng
tốc độ trộn lẫn bị hạn chế bởi một vùng không trộn lẫn rất ngoan cố nằm gần thành
bình. Hiện tượng này xuất hiện là do nước đường bám dính vào thành bình và dải
chất lỏng khơng trộn lẫn này được nhìn thấy di chuyển chậm chạp từ ngồi rìa vào
chính giữa, nơi chúng bị pha trộn.

Ảnh chụp hỗn hợp nước đường và thuốc nhuộm cho thấy vùng khơng trộn lẫn (hồn tồn màu
trắng) nằm gần thành bình: chất khơng trộn lẫn đi vào chính giữa rất chậm.

Bằng cách nghiên cứu loạt ảnh theo thời gian và qua mô phỏng dạng số, đội
nghiên cứu kết luận rằng “sự pha trộn hỗn độn thành lớp” đang xảy ra trong bình.
Đây là một quá trình đã biết rõ mà qua đó chất lỏng trộn lẫn với nhau một cách nhẹ
nhàng, khơng hề có sự nhiễu loạn nào.

</div>
<span class='text_page_counter'>(26)</span><div class='page_container' data-page=26>

biến thiên sự tập trung thuốc nhuộm trong chất lỏng thường xuất hiện trong sự pha
trộn hỗn độn, đội nghiên cứu lại đo được sự phân hủy chậm hơn nhiều tuân theo
quy luật lũy thừa. Theo Thiffeault, điều này có nghĩa là sự trộn lẫn đang xảy ra hàng
trăm lần chậm hơn so với nếu như sự phân hủy theo hàm mũ xảy ra.

Đội nghiên cứu có thể mơ tả sự trộn lẫn theo quy luật lũy thừa trong một mơ
hình lí thuyết dựa trên “bản vẽ của thợ làm bánh” – quá trình mà qua đó người thợ
làm bánh nhào bột bằng cách ban đầu kéo căng nó ra và sau đó nhồi nó lại với nhau.
Nếu q trình này được lặp lại, nó sẽ dẫn tới hỗn độn Ảnh hướng của các thành
bình nhớp nháp được lập mơ hình dưới dạng một sự tiêm tuần hoàn các dải biểu
diễn chất chưa trộn vào bản đồ của người thợ làm bánh.

Trong khi Thiffeault thừa nhận rằng các kĩ sư đã có sự hiểu biết thực tế tốt về
sự pha trộn, ơng nói nền cơng nghiệp có thể thu lợi từ việc có được sự hiểu biết sâu
sắc hơn về những quá trình vật lí có liên quan. Một lĩnh vực có thể thu lợi từ sự hiểu
biết tốt hơn về ảnh hưởng của các bề mặt lên sự pha trộn hỗn độn là ngành vi chất
lỏng học – ngành học nghiên cứu sự truyền tải và trộn lẫn các chất lỏng theo những
rãnh rất mỏng. Tỉ số diện tích trên thể tích của mạch vi chất lỏng rất lớn và do đó sự
trộn lẫn là một thách thức lớn đối với những ai thiết kế những dụng cụ như thế.

Các mặt bình sẽ ln ln có một số mức độ bám dính nhất định, nên
Thiffeault tin rằng cách tốt nhất để giải phóng các chất chưa trộn ở rìa ngồi là làm
quay bình hay sử dụng chuyển động que chứa một “vịng xoắn” cách li thành bình
khỏi vùng pha trộn – tương tự như nhiều người làm bếp đã làm. Đội nghiên cứu
hiện đang tiến hành những thí nghiệm về những phương pháp hứng thú đó.

Hamish Johnston (physicsworld.com, 19/9/2007)

Wolfgang Panofsky: 1919 – 2007

Nhà vật lí hạt cơ bản Wolfgang Panofsky, người từng giữ chức giám đốc
Trung tâm máy gia tốc tuyến tính Stanford (SLAC) ở California, vừa qua đời ở tuổi
88. Panofsky, người giữ ghế thủ trưởng SLAC hơn 20 năm qua, mất vì chứng đau
tìm vào hơm 24/9. Ngồi cơng việc là một nhà nghiên cứu, một nhà chế tạo máy gia

tốc và một nhà quản trị khoa học, Panofsky còn là người thiết tha ủng hộ cho hịa
bình thế giới.

</div>
<span class='text_page_counter'>(27)</span><div class='page_container' data-page=27>

Năm 1945, Panofsky tham gia Phịng thí nghiệm Bức xạ tại trường đại học
California ở Berkeley, phục vụ với tư cách ban đầu là nhà vật lí giúp việc, sau đó là
phó giáo sư. Năm 1954, ông chuyển đến đại học Stanford, ông trải qua tám năm ở
đó làm việc trong ban giám đốc Phịng thí nghiệm vật lí năng lượng cao của trường.
Trong thời gian này, ông và nhà vật lí khách mời Jack Steinberger lần đầu tiên cơ
lập được hạt meson pi trung hòa – một trong các hạt hạ nguyên tử mà các nhà lí
thuyết tiên đốn là nguyên nhân gây ra lực mạnh liên kết hạt nhân nguyên tử.

Trong khi ở Stanford, Panofsky
cũng tham gia vào việc nâng cấp máy gia
tốc electron “mark III” của trường, cỗ máy
đi vào hoạt động từ năm 1951. Mặc dù các
thí nghiệm tán xạ electron tại cỗ máy này
sau đó đã đưa Robert Hofstadter đến giành
giải thưởng Nobel vật lí, nhưng Panofsky
và các nhà vật lí khác ở Stanford đã biện
hộ kịch liệt cho một cỗ máy lớn hơn và
mạnh hơn nhiều. Những nỗ lực đó kết thúc
vào năm 1961, khi quốc hội Mĩ cho phép
xây dựng SLAC, cỗ máy gia tốc eletron
dài hai dặm.

Panofsky được bổ nhiệm giữ ghế
giám đốc SLAC, ông giữ chức vụ đó cho
đến khi về hưu vào năm 1984. Trong thời
gian này, ông đã nâng cấp máy gia tốc
chính của phịng thí nghiệm, và chế tạo

những tổ hợp năng lượng cao mới, ví dụ
như Vòng gia tốc electron positron
Stanford (SPEAR). Cỗ máy này được

dùng để khám phá ra hạt J/psi, đưa các nhà vật lí tới chỗ nhận thức rằng các quark
là có thật. SPEAR sau này cũng được dùng làm một trong nguồn phát bức xạ
synchrotron đầu tiên.

Trải nghiệm của Panofsky trong dự án Manhattan ảnh hưởng tới suy nghĩ
của ông về trách nhiệm đạo đức và xã hội của các nhà khoa học. Ông giữ vai trị
tích cực trong việc cố vấn cho chính phủ Mĩ về điều khiển quyền lực và bảo an thế
giới. Ông cũng giúp bảo vệ hiệp ước chống thử hạt nhân trong bầu khí quyển và
trong thập niên 1980 đã phát biểu mạnh mẽ chống lại chương trình phịng thủ tên
lửa “cuộc chiến giữa các vì sao”. Năm 1989, SLAC thiết lập học bổng Wolfgang
Panofsky, ủng hộ các nhà khoa học trẻ phát huy “thành tựu sáng tạo, thấu đáo và
xuất sắc” do chính Panofsky lập ra.

</div>
<span class='text_page_counter'>(28)</span><div class='page_container' data-page=28>

Hỗn độn khí khổng lồ vẫn cịn là điều bí ấn

Một thứ gì đó tầm thường như một sao chổi đi qua có thể có ảnh hưởng to
lớn lên chuyển động tương lai của một khối khí khổng lồ, chẳng hạn như Mộc tinh,
nhưng chúng ta khơng thể biết khoảng thời gian đó là bao lâu, theo khẳng định của
các nhà vật lí Mĩ. Bằng cách tiến hành những chương trình mơ phỏng máy tính,
Wayne Hayes tại trường đại học California ở Irvine đã chỉ ra rằng một sự hiểu biết
chính xác hơn về vị trí của Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên vương tinh và Hải vương tinh
là cần thiết trước khi các nhà khoa học xác định được hỗn độn có tồn tại trong quỹ
đạo của các hành tinh đó hay khơng.

Các nhà khoa học đã biết rằng đôi khi chuyển động của Diêm vương tinh và
các hành tinh bên trong có tính hỗn loạn. Điều này có nghĩa là một ngoại lực nhỏ

tác dụng lên một hành tinh, theo thời gian, gây ra sự biến đổi chủ yếu vị trí của hành
tinh đó trong quỹ đạo của nó. Mặc dù khơng có hành tinh nào có khả năng va chạm
hay thoát ra khỏi Hệ Mặt Trời vào bất cứ thời điểm nào trước đây, nhưng hỗn độn
có nghĩa là quỹ đạo của những hành tinh này không thể dự đoán trước với độ tin cậy
lâu dài.

Chuyển động của những khối khí khổng lồ (vi dụ như Mộc tinh, ở hình trên) có thể đều đặn hoặc
hỗn loạn. Nếu như trường hợp thứ hai xảy ra thì khơng có cơ hội nào cho các nhà thiên văn có thể

dự đốn được quỹ đạo tương lai của các hành tinh. Nhưng nay nhà vật lí người Mi Wayne Hayes
khẳng định rằng không thể nào chỉ ra được quỹ đạo của những khối khí khổng lồ có là hỗn loạn

hay khơng với độ chính xác hiện nay của những quan sát của chúng ta.

</div>
<span class='text_page_counter'>(29)</span><div class='page_container' data-page=29>

Nhưng theo Hayes thì sự khác biệt thật sự là kết quả của sự bất định trong sự
hiểu biết của các nhà thiên văn về những điều kiện hiện nay của các hành tinh,
chúng được dùng làm dữ liệu vào cho các chương trình mơ phỏng. Mặc dù từ những
quan sát chúng ta biết được vị trí quỹ đạo của các khối khí khổng lồ đến độ chính
xác vài phần của 10 triệu, nhưng ngay cả độ bất định nhỏ xíu đó cũng có thể gây ra
sự khác biệt giữa sự đều đặn và hỗn loạn trong một hệ, ơng nói.

Hayes đi đến kết luận của ông bằng việc thực hiện các mô phỏng của riêng
ơng về Hệ Mặt Trời, đơn giản hóa Mặt Trời và các hành tinh bên trong dưới dạng
một khối lượng lớn và tính tốn quỹ đạo của những khối khí khổng lồ lên tới một tỉ
năm trong tương lai. Để tránh khả năng có sai số nhân tạo làm tăng thêm hay giảm
bớt sự hỗn độn, ơng thực hiện các phép tính bằng ba thuật tốn tích hợp khác nhau.

Hayes nhận thấy bằng việc bắt đầu các mô phỏng ở những điểm khác nhau
trong phạm vi của độ bất định quan sát được, ông có thể tiến tới một sự tiến triển
mang tính hỗn độn sau khoảng thời gian từ 2 đến 230 triệu năm – hay không cần

thời gian nào cả. Điều này có nghĩa là chúng ta sẽ không thể nào xác định được
chuyển động của những khối khí khổng lồ có mang tính hỗn độn hay không cho đến
khi những quan sát tốt hơn được thực hiện, mặc dù Hayes nói với physicsworld.com
rằng ơng khơng biết khi nào thì tiến bộ như thế được thực hiện.

Một số nhà vật lí cho rằng sự hỗn loạn trong chuyển động của những khối
khí khổng lồ có thể có tác động đến khả năng của chúng ta tiên đốn chính xác
những tính chất của các hành tinh nhóm trong. Một trong những tính chất này là độ
nghiêng của Trái Đất, nó có thể có tác động lớn lên khí hậu.

Jon Cartwright (physicsworld.com, 24/9/2007)

Hiệu ứng Hall spin lượng tử ở HgTe

Các nhà vật lí ở Đức và Mĩ đã lần đầu tiên trông thấy dấu vết của một hiện
tượng trạng thái rắn hiếm gặp gọi là hiệu ứng Hall spin lượng tử (QSHE), trong đó
các electron bị phân cực spin ở mép của một chất cách điện có khả năng dẫn điện.
Các nhà nghiên cứu nhìn thấy sự dẫn mép này trong các tấm thủy ngân telluride
mỏng, mặc dù họ không thật sự có thể xác nhận các electron mép này có bị phân
cực spin hay khơng. QSHE hấp dẫn vì nó có thể có ích cho việc chế tạo các dụng cụ
thuộc công nghệ spin khai thác cả spin và điện tích của electron (Science DOI:
10.1126/science.1148047).

</div>
<span class='text_page_counter'>(30)</span><div class='page_container' data-page=30>

trong đó các electron “spin-up” và “spin-down” bị lệch về hai phía ngược nhau của
một chất bán dẫn. Sự phân tách spin thu được tạo ra một dịng spin vng góc với
hướng của dịng điện

Hiệu ứng Hall spin lượng tử (QSHE) là một hiện tượng có liên quan đã được
tiên đốn là xảy ra khơng chỉ ở các vật dẫn, mà cịn trong những vật cách điện rất
mỏng nhất định. Nó gồm các electron spin-up dẫn dọc theo một mép của vật cách

điện, cịn các electron spn-down thì dẫn dọc theo mép bên kia. Mặc dù là khối chất
cách điện, nhưng sự dẫn được phép do tương tác giữa spin và xung lượng góc quỹ
đạo của các electron làm giảm khe năng lượng giữa dải hóa trị và dải dẫn xuống đến
không đối với các electron bị phân cực spin.

Hiệu ứng Hall spin lượng tử: Các electron ở mép của một vật cách điện rất mỏng cs khả năng dẫn
điện. Nếu các electron di chuyển ra khỏi trang giấy, thì các electron spin down (màu đỏ) di chuyển

dọc theo mép bên trái, còn các electron spin up (màu xanh) di chuyển dọc theo mép bên phải.
Hồi năm ngoái, Shou-Cheng Zhang và các đồng sự tại đại học Stanford ở Mĩ
đã tiên đoán rằng các tấm thủy ngân telluride (HgTe) rất mỏng phải có cấu trúc dải
thuận cho phép sự dẫn ở mép. Nay Zhang hợp tác với Laurens Molenkamp và các
đồng nghiệp ở trường đại học Wuerzburg, Đức, tìm thấy bằng chứng thực nghiệm
của QSHE trong các”giếng lượng tử” HgTe – các tấm chất liệu dày vài nanomét,
trong đó các electron bị hạn chế cịn có hai chiều dịch chuyển.

</div>
<span class='text_page_counter'>(31)</span><div class='page_container' data-page=31>

Tuy nhiên, các giếng mỏng hơn 6,3 nm lại hành xử giống như vật cách điện
– phù hợp với lí thuyết của Zhang, lí thuyết đó tiên đốn rằng các giếng rất mỏng sẽ
khơng có cấu trúc dải thích hợp cho QSHE. Khi đội nghiên cứu thiết đặt một từ
trường cho các giếng dày hơn, sự dẫn ở mép khơng cịn nữa – một lần nữa lại phù
hợp với lí thuyết.

Bất chấp sự thành công của họ đã nhìn thấy sự dẫn ở mép, đội nghiên cứu
vẫn không thể xác nhận được các electron dẫn có bị phân cực spin hay không.
“Nhất định cịn có nhiều việc để làm theo chiều hướng này”, Charles Kane ở trường
đại học Pennslvania nói, ơng tiên đoán rằng QSHE cũng phải xảy ra trong các tấm
carbon rất mỏng gọi là graphene. “Nhưng tôi không nghĩ rằng nó sẽ làm giảm tầm
quan trọng của thí nghiệm này”, ơng nói.

Molenkamp nói với physicsworld.com rằng đội nghiên cứu hiện đang khai

thức cách thức đầu dò từ SQUID có thể tích hợp trong các giếng lượng tử để đo sự
phân cực spin của các electron ở mép. Và vì các electron ở mép bị phân cực spin
được trông đợi là sẽ không gây ra điện trở nào, nên các vật cách điện dẫn ở mép có
thể được sử dụng trong những dụng cụ công nghệ spin công suất rất thấp sử dụng cả
spin và điện tích của electron để lưu trữ và xử lí thơng tin.

Hamish Johnston (physicsworld.com, 26/9/2007)

“Bus” microchip kết nối với bit lượng tử

Hai nhóm nghiên cứu độc lập nhau ở Mĩ đã chế tạo được các “bus” dùng để
chuyển tải thông tin giữa hai qubit trên nền microchip. Các bus có thể cho phép một
số qubit liên kết với nhau tạo nên những chiếc máy tính lượng tử hùng mạnh sử
bằng các quá trình chế tạo chip chuẩn.

Đơn vị cơ bản của thông tin trong máy tính lượng tử là qubit, chúng có thể
nhận giá trị 0, 1 hoặc – không giống như bit cổ điển – sự chồng chất của hai giá trị 0
và 1. Khi nhiều qubit này kết hợp với nhau hay “bị bẫy” lại với nhau, thì máy tính
lượng tử có thể xử lí chúng đồng thời, cho phép nó hoạt động nhanh hơn theo hàm
mũ so với người anh em cổ điển của nó trong những hoạt động tính tốn nhất định.

Để thu được kì cơng rối rắm này, máy tính lượng cần phải kết nối các qubit ở
xa qua một bus có thể truyền trạng thái của chúng tới lui. Mặc dù các bus đã được
tạo ra cho các ion và nguyên tử bị bẫy – hai trong nhiều sự thực thi của các qubit –
nhưng bus cho một qubit siêu dẫn đến nay vẫn chưa được nhận ra. Các qubit siêu
dẫn có phần hứa hẹn cho những chiếc máy tính lượng tử thực tế vì tồn hệ thống có
khả năng in vào một mạch điện tương tự như cách đã làm với máy tính hiện nay.

</div>
<span class='text_page_counter'>(32)</span><div class='page_container' data-page=32>

siêu lạnh chèn giữa một cặp hạt kim loại nhỏ xíu – cách nhau bởi một bus dưới
dạng hộp chứa một sóng dừng. Ban đầu họ làm cho một trong các qubit ở vào trạng

thái 0, 1 hay chồng chất như mong muốn với một xung vi sóng làm thay đổi các dao
động lượng tử của độ lệch pha của hai điện cực của rào chắn. Sau đó, các nhà
nghiên cứu sử dụng một trường ngoài chủ yếu điều chỉnh sự chênh lệch năng lượng
hai đầu rào chắn sao cho các qubit cộng hưởng với hộp và truyền trạng thái của nó
đến sóng dừng, ở đó nó có thể được lưu trữ lên tới 10 ns. Ở đầu bên kia của hộp,
quá trình điều chỉnh tương tự sẽ truyền trạng thái đến qubit khác (Nature 449 438).

Trong khi đó, Robert Shoelkopf và các đồng nghiệp ở trường đại học Yale sử
dụng vi sóng để tạo ra các “điện tích” qubit siêu dẫn, về mặt vật lí là tương tự như
các pha qubit, nhưng có các trạng thái bị hạn chế bởi số electron ghép đôi đã chui
hầm qua rào chắn. Hộp của họ không có sóng dừng ban đầu, thay vì đó là dựa trên
chính các cặp electron chui hầm phát ra các photon vào trong hộp và tạo ra trạng
thái chồng chất kết hợp giữa các qubit. Đây là kĩ thuật tương tự như công việc đã
được tiến hành bởi nhóm Yale hồi tuần rồi, trong đó họ chỉ ra rằng một qubit siêu
dẫn có thể dùng làm một nguồn phát đơn photon (Nature 449 443).

Ba hoạt động – truyền thông tin, lưu trữ thông tin và sự chồng chất kết hợp –
do nhóm NIST và Yale thực hiện rốt cuộc có thể đặt dưới những hoạt động cổng
cần thiết để tiến hành các tính tốn trong một máy tính lượng tử trên nền microchip.
Tuy nhiên, hoạt động này yêu cầu nhiều qubit siêu dẫn liên kết với nhau, và theo
cách tin cậy hơn nhiều so với các dụng cụ cổ điển.

Jon Cartwright (physicsworld.com, 27/9/2007)

Phi thuyền Dawn của NASA mọc cùng với Mặt Trời

Sứ mệnh Dawn của NASA đến vành đai tiểu hành tinh đã được phóng lên
27/9 từ mũi Cavaneral ở Florida, lúc 7:34 sáng giờ địa phương. Phi thuyền được
trù định thực hiện một hành trình dài 8 năm để nghiên cứu tiểu hành tinh Vesta và
hành tinh lùn Ceres, cả hai đều nằm giữa Hỏa tinh và Mộc tinh. Các nhà khoa học

hành tinh hi vọng rằng sứ mệnh này – sau nhiều lần trì hỗn – sẽ mang lại cái nhìn
có giá trị về cách thức hệ Mặt Trời cả chúng ta được hình thành.

Trên hành trình dài 5 tỉ km của nó, phi thuyền trị giá 267 triệu đô la này sẽ
thu thập dữ liệu bằng ba thiết bị: một camera ánh sáng hồng ngoại và hai quang phổ
kế lâp bản đồ neutron và ánh sáng khả kiến và hồng ngoại. Những thiết bị này sẽ
được sử dụng để phát hiện các khoáng chất bề mặt và danh mục các nguyên tố có
mặt trên Ceres và Vesta.

</div>
<span class='text_page_counter'>(33)</span><div class='page_container' data-page=33>

Các nhà khoa học sẽ sử dụng dữ liệu từ Dawn để cố gắng tìm hiểu nguyên nhân gây
ra miệng hố khổng lồ ở cực nam của Vesta – sự kiện đã làm giảm khối lượng của
tiểu hành tinh này hết 1%, và có thể phóng thích nhiều vật liệu hình thành nên nhiều
tiểu hành tinh khác trong vành đai, và các thiên thạch tìm thấy trên Trái Đất.

Cuộc hẹn thứ hai cho Dawn sẽ là năm 2015, khi nó đi tới hành tinh lùn
Ceres. Các nhà thiên văn tin rằng Ceres có một cấu trúc khác với Vesta, và có khả
năng chứa băng, hay thậm chí nước lỏng chơn bên dưới lớp vỏ của nó.

Nghi vấn chính đối với các nhà khoa học là làm sao mà hai loại vật thể rất
khác nhau này có thể hình thành trong cùng một vùng. Khi các hành tinh bắt đầu
xuất hiện khoảng 4,5 tỉ năm trước, các hành tinh đá hình thành gần Mặt Trời, nơi
đó nóng hơn, cịn những hành tinh băng giá thì hình thành cách xa Mặt Trời. Không
bị tác động bởi sức hút hấp dẫn lớn của Mộc tinh, Vesta và Ceres có thể tích góp đủ
vật chất cho chúng để trở thành những hành tinh theo đúng nghĩa của nó. Sứ mệnh
Dawn hi vọng so sánh được con đường tiến hóa chúng đã đi qua, và soi thêm ánh
sáng lên hệ Mặt Trời buổi sơ khai.

Tuy nhiên, con đường đến với Mặt Trời của Dawn không dễ dàng gì. Sứ
mệnh đã bị hủy bỏ lần thứ nhất vào năm 2003, nhưng rồi lại phục hồi một năm sau
đó. Rồi vào tháng 10 năm 2005, NASA buộc phải “hạ màn” Dawn vì chi phí leo

thang và một trục trặc quan trọng ở động cơ ion của nó. Ngồi ra, đội nghiên cứu
phụ trách sứ mệnh cịn thừa nhận có một cuộc đấu tranh kịch liệt giữa các nhà khoa
học nghiên cứu về những sứ mệnh nhỏ và ban điều hành NASA. Chỉ sau khi ban
điều hành mới ra đời thì Dawn mới được đưa trở lại hành trình hồi cuối tháng 3 năm
nay.

</div>
<span class='text_page_counter'>(34)</span><div class='page_container' data-page=34>

Một cách nhanh hơn đạt tới máy tính lượng tử tốt hơn

Các nhà vật lí người Mĩ và Canada vừa nghĩ ra một phương pháp mới và
nhanh hơn nhiều để đo mức độ nhiễu làm giảm hiệu suất của máy tính lượng tử. Kĩ
thuật được sử dụng để đánh giá một dụng cụ chế tạo từ ba bit lượng tử và bao gồm
việc đo chỉ ba thông số, chứ không phải 4096 như yêu cầu của phương pháp trước
đây. Nghiên cứu đó có thể mang tới một sự hiểu biết tốt hơn về mức độ nhiễu ảnh
hưởng đến hoạt động của các máy tính lượng tử thực tế và cuối cùng giúp các nhà
vật lí phát triển những dụng cụ cổng logic và thuật toán hùng mạnh hơn (Science
317_1893).

Máy tính lượng tử khai thác thực tế là một hệ lượng tử có thể ở hai trạng thái
chồng chất, ví dụ 0 và 1, đồng thời. N bit lượng tử (qubit) như thế có thể kết hợp
hay “bị bẫy” để biểu diễn 2N giá trị cùng lúc, có thể đưa tới việc xử lí song song
thông tin ở quy mô lớn. Tuy nhiên, các qubit rất dễ bị phá vỡ và bất kì sự nhiễu tồn
dư nào – có mặt trong bất kì máy tính lượng tử nào – cũng có thể làm giảm bản chất
lượng tử của các qubit. Quá trình này gọi là sự chống kết hợp, và nếu vẫn không
được hạn chế, nó sẽ ngăn cản máy tính lượng tử hoạt động.

Thật may mắn, sự chống kết hợp có thể giữ ở mức độ chấp nhận được bằng
các kế hoạch “hiệu chỉnh” sử dụng vài qubit nhiễu về một phía đóng vai trị một
qubit nhiễu tự do. Những kế hoạch này yêu cầu có một sự hiểu biết tốt hơn về mức
độ nhiễu ảnh hưởng tới các qubit, chúng phụ thuộc vào thiết kế đặc biệt của máy
tính. Một chiếc máy tính sử dụng các ion bị bẫy làm qubit, chẳng hạn, có thể bị ảnh

hưởng bởi sự nhiễu rất khác so với một chiếc máy tính sử dụng các spin hạt nhân.

Ảnh hướng của sự nhiễu có thể đo được bằng kĩ thuật “nội soi quá trình
lượng tử”, bao gồm việc đo công suất ra của một máy tính lượng tử đối với mọi
trạng thái đầu vào khả dĩ. Đối với một hệ N qubit, điều này có nghĩa là có 24N phép
đo. Kết quả là một hệ có 8 qubit, về nguyên tắc, yêu cầu trên 4 tỉ phép đo.

Nay một đội nghiên cứu ở trường đại học Waterloo, đứng đầu là Joseph
Emerson cùng với David Cory ở Viện Công nghệ Massachusetts vừa nêu ra một
phương pháp mới khảo sát sự chống kết hợp tập trung vào một vài thơng số nhiễu
chọn lọc có ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu suất của máy tính lượng tử - không cần
tiến hành một số lượng lớn các phép đo đa phần là khơng có liên quan gì.

Khi áp dụng với một hệ ba qubit, kĩ thuật đó bao gồm việc đo ba xác suất –
được đặt tên là qubit không, qubit 1, và qubit 2. Những giá trị này đực xác định
bằng cách để cho hệ thực hiện những tập hợp hoạt động nhất định và xem xét cách
nó phản ứng lại. Các phép đo được lặp lại vài lần cho đến khi các xác suất thu được
có độ bất định thích hợp.

</div>
<span class='text_page_counter'>(35)</span><div class='page_container' data-page=35>

nghiên cứu sử dụng các xác suất để phát triển kĩ thuật điều khiển tối ưu nhằm duy
trì bản chất lượng tử của bộ nhớ.

Jonatthan Baugh (ngồi cùng bên phải) đang giữ đầu dị thử nghiệm dùng để áp đặt các tín hiệu
tần số vô tuyến điều khiển spin hạt nhân trong một bộ nhớ lượng tử 3 qubit. Các thành viên khác
của nhóm nghiên cứu tại trường đại học Waterloo (từ trái sang phải) là: Osama Moussa, Joseph

Emerson và Marcus Silva. Khơng có mặt trong ảnh là các cộng tác viên Colm Ryan, Martin
Laforest, David Cory và Ray Laflamme.

Theo Emerson, kĩ thuật có thể được sử dụng trên bất kì loại máy tính lượng

tử nào và có thể mang lại một cách rất hiệu quả để so sánh hiệu suất của các kiểu
kiến trúc khác nhau. Ông cũng tin rằng nó có thể giúp các nhà vật lí thu được một
sự hiểu biết tốt hơn về các loại nhiễu khác nhau có thể xảy ra trong máy tính lượng
tử, đưa đến những thiết kế tốt hơn. Emerson nói với physicsworld.com rằng ơng
xem xét rất kĩ lưỡng kĩ thuật đó trên một máy tính lượng tử 8 qubit hoạt động trên
cơ sở các bẫy ion đã được chế tạo tại trường đại học Innbruck, Áo.

Hamish Johnston (physicsworld.com, 28/9/2007)

</div>

<!--links-->