SỰ KIỆN NOBEL VẬT LÝ 1997

Giải Nobel Vật lý năm 1997 được trao cho giáo sư người Mỹ gốc Trung Quốc Steven Chu (1948-) ở Đại học Stanford (Stanford, California, Mỹ), giáo sư người Pháp gốc Algeria Claude Cohen-Tannoudji (1933-) ở Cao đẳng Pháp Quốc và Đại học Sư phạm (Paris, Pháp) và tiến sĩ người Mỹ William D. Phillips (1948-) ở Viện Tiêu chuẩn và Côn nghệ Quốc gia (Gaithersburg, Maryland, Mỹ) " do sự phát triển của họ đối với các phương pháp làm lạnh và bẫy nguyên tử bởi ánh sáng laze". ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
SỰ KIỆN NOBEL VẬT LÝ 1997 GIẢI NOBEL VẬT LÝ 1997 Giải Nobel Vật lý năm 1997 được trao cho giáo sư người Mỹ gốc Trung QuốcSteven Chu (1948-) ở Đại học Stanford (Stanford, California, Mỹ), giáo sư ngườiPháp gốc Algeria Claude Cohen-Tannoudji (1933-) ở Cao đẳng Pháp Quốc và Đạihọc Sư phạm (Paris, Pháp) và tiến sĩ người Mỹ William D. Phillips (1948-) ở ViệnTiêu chuẩn và Côn nghệ Quốc gia (Gaithersburg, Maryland, Mỹ) do sự phát triểncủa họ đối với các phương pháp làm lạnh và bẫy nguyên tử bởi ánh sáng laze. Ở nhiệt độ phòng, các nguyên tử và phân tử của không khí chuyển độngtheo các hướng khác nhau với vận tốc khoảng 4 000 km/ h. Khó có thể nghiên cứucác nguyên tử và phân tử này do chúng biến mất quá nhanh từ vùng quan sát. Bằngcách hạ nhiệt độ, người ta có thể làm giảm vận tốc của các hạt đó. Một vấn đề xảyra là khi các chất khí được làm lạnh, chúng thông thường lúc đầu ngưng kết thànhcác chất lỏng và sau đó đông đặc thành các chất rắn. Trong các chất lỏng và chấtrắn, việc nghiên cứu sẽ khó hơn do một thực tế là các nguyên tử và phân tử liên kếtchặt chẽ với nhau. Tuy nhiên, nếu quá trình xảy ra trong chân không mật độ có thểgiữ ở mức đủ thấp để tránh sự ngưng tụ và đông đặc. Ở nhiệt độ dưới - 2700C, vậntốc của các hạt vào khoảng 400 km/ h. Chỉ khi đạt tới không độ tuyệt đối (-2730C)vận tốc mới giảm đáng kể. Khi nhiệt độ đạt tới một phần triệu độ (1 m K) trênkhông độ tuyệt đối, các nguyên tử hyđro tự do có thể chuyển động với vận tốcdưới 1 km/ h (hay 25 cm/ s). Ba người đoạt Giải Nobel Vật lý năm 1997 là Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji và William D. Phillips đã phát triển các phương pháp sử dụng ánh sánglaze để làm lạnh các chất khí đến phạm vi nhiệt độ microKelvin và duy trì cácnguyên tử bị làm lạnh lơ lửng hay bị giam giữ trong các loại bẫy nguyên tử khácnhau. Ánh sáng laze có chức năng như một chất lỏng đậm đặc hay rỉ đường quang(optical molasses), trong đó người ta làm chậm chuyển động của các nguy êntử. Ở đó, chúng ta có thể nghiên cứu các nguyên tử riêng biệt với độ chính xác rấtcao và xác định được cấu trúc bên trong của chúng. Khi ngày càng nhiều nguyên tửbị bẫy trong cùng một thể tích, chúng ta thu được một chất khí loãng và có thểnghiên cứu chi tiết các tính chất của nó. Các phương pháp do những người đoạtGiải thưởng Nobel Vật lý năm 1997 phát triển đã có đóng góp lớn cho việc tăngcường hiểu biết của chúng ta về tác động lẫn nhau giữa bức xạ và vật chất. Đặc biệtlà họ đã mở ra con đường để hiểu biết sâu sắc hơn dáng điệu cơ học lượng tử củacác chất khí ở nhiệt độ thấp. Các phương pháp đó có thể dẫn tới việc chế tạo cácđồng hồ nguy ên tử chính xác hơn cho việc sử dụng chẳng hạn như trong dẫnđường trong vũ trụ và xác định chính xác vị trí. Người ta bước đầu chế tạo ra cácgiao thoa kế nguyên tử ( cùng với chúng là các phép đo lực hấp dẫn rất chính xác)và các laze nguyên tử ( trong tương lai có thể sử dụng chúng để chế tạo những linhkiện điện tử rất nhỏ). Ánh sáng có thể được mô tả như một chùm của các hạt gọi là photon. Cácphoton không có khối lượng nhưng giống như một viên bi đá trượt trên băng (mộttrò chơi ở Scotland) chúng có một xung lượng nào đó. Một viên bi đá khi va chạmvới một viên bi khác giống hệt nó có thể chuyển toàn bộ xung lượng (khối lượngnhân với vận tốc) của nó cho viên bi này và nó đứng yên. Tương tự, một phôtn khiva chạm với một nguyên tử có thể chuyển toàn bộ xung lượng của nó cho nguy êntử này. Vì thế, photon cần có năng lượng thích hợp cũng giống như ta nói rằng ánhsáng cần có tần số hay màu sắc thích hợp. Điều đó là do năng lượng của photon tỷlệ với tần số của ánh sáng mà tần số này xác định màu sắc ánh sáng. Như vậy, ánhsáng đỏ bao gồm các photon với năng lượng thấp hơn so với năng lượng của ánhsáng xanh. Cái xác định năng lượng thích hợp của các photon để có khả năng ảnhhưởng đến các nguyên tử là cấu trúc bên trong (các mức năng lượng) của cácnguyên tử. Nếu một nguyên tử chuyển động, các điều kiện thay đổi vì cái được gọilà hiệu ứng Doppler. Hiệu ứng này giống như hiệu ứng trong đó một tàu hỏa khitiến lại gần rú còi với cường độ cao hơn so với cường độ khi tàu còn đứng yên. Nếunguyên tử đang chuyển động về phía ánh sáng, ánh sáng cần có tần số thấp hơn sovới tần số đòi hỏi đối với một nguyên tử đứng yên nếu nó được nguyên tử nghethấy. Giả sử nguyên tử đang chuyển động theo hướng đối diện ánh sáng với mộtvận tốc rất lớn và va chạm với một chùm photon. Nếu các photon có năng lượngthích hợp, nguyên tử sẽ có khả hấp thụ một trong các photon và nhận năng lượngvà xung lượng của photon bị hấp thụ. Nguyên tử khi đó sẽ chuyển động chậm hơnmột chút. Sau một thời gian cực ngắn thường khoảng một phần trăm triệu của mộtgiây, nguyên tử bị làm chậm phát ra một photon. Nguyên tử sau đó có thể hấp thụngay một photon mới từ chùm photon tới. Photon phát ra cũng có một xung lượngvà nó làm cho nguyên tử có một vận tốc giật lùi nào đó. Nhưng hướng giật lùi ...