Các nhà vật lý đã ghi lại được chi tiết quá trình thí nghiệm về một nguyên tử ở hai trạng thái khác nhau cùng lúc, dựa theo thí nghiệm tưởng tượng nổi tiếng về một con mèo trong hộp kín do Schrödinger đưa ra năm 1935.
Theo Science Alert, nhóm nghiên cứu đã đưa ra một kỹ thuật cho phép họ ghi lại những hình ảnh có kích thước 0,3 ångström (1 ångström = 10-10 m), nhỏ hơn chiều rộng của một nguyên tử, trong khoảng thời gian 3,0 × 10-14 giây, giống như những mô tả về "hai trạng thái của con mèo" trong thí nghiệm nổi tiếng của Schrödinger.
Vào năm 1935, nhà khoa học người Áo Erwin Schrödinger đưa ra một thí nghiệm tưởng tượng. Theo đó, một con mèo còn sống sẽ được đặt vào trong một chiếc hộp kín với một loại chất nổ có 50% xác suất phát nổ giết chết con mèo khi đóng nắp hộp.
Chiếc hộp được giả thiết là không thể phát hiện bất kỳ chuyện gì xảy ra bên trong cho tới khi mở nắp trở lại. Do đó, khi chưa mở nắp sẽ không ai biết con mèo còn sống hay đã chết. Điều này có nghĩa là khi nắp hộp còn đóng, con mèo sẽ có hai trạng thái sống và chết cùng một lúc.
Khi đề xuất thí nghiệm này, Schrödinger chỉ muốn nghiên cứu về bản chất của thực tại trong vũ trụ và chứng minh tính kỳ lạ của cơ học lượng tử. Sau nhiều thập niên, các nhà vật lý nhận ra rằng các nguyên tử có thể biểu diễn một phiên bản có thực của thí nghiệm này.
Năm 2005, các nhà vật lý ở Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Mỹ đã tạo ra thành công "trạng thái con mèo" trong phòng thí nghiệm, với 6 nguyên tử đồng thời ở hai trạng thái lên và xuống.
"Tưởng tượng như có một vật vừa quay xuôi vừa quay ngược chiều kim đồng hồ cùng một lúc", Jennifer Ouellette, biên tập viên khoa học của trang Gizmodo giải thích.
Chồng chất các trạng thái lượng tử của một hạt là nguyên lý cơ bản của máy tính lượng tử, thế hệ máy tính tiếp theo vượt trội hiện nay. Trong khi các nhà vật lý đã và đang làm rất tốt công việc đưa nguyên tử vào trạng thái chồng chất, chưa có ai ghi lại được quá trình đó tới nay.
Để ghi hình được quá trình này, một nhóm nghiên cứu từ Đại học Stanford và Phòng thí nghiệm gia tốc quốc gia SLAC (thuộc Bộ năng lượng Mỹ) đã bắn phá một phân tử i-ốt gồm hai nguyên tử bằng tia X, làm cho nó hấp thụ một xung năng lượng ngắn và tự tách ra làm hai trạng thái của chính nó cùng một lúc: một kích thích và một không.
Sau đó, phân tử này tiếp tục bị bắn phá bằng một tia laser X khác. Các hạt ánh sáng – photon sẽ bị tán xạ bởi cả hai trạng thái i-ốt nói trên, sau đó kết hợp lại để tạo ra một hình ảnh tia X ba chiều của quá trình.
Nhóm nghiên cứu lặp lại thí nghiệm này nhiều lần để cố gắng chụp được một chuỗi hình ảnh tia X để tạo ra đoạn phim chi tiết nhất về thế giới bên trong một phân tử.
"Đoạn phim của chúng tôi được tạo thành từ hình ảnh của hàng tỷ phân tử i-ốt, biểu diễn tất cả các khả năng có thể của phân tử i-ốt khi được kích thích bởi năng lượng", Phil Bucksbaum, một thành viên của nhóm cho biết.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn nhận thấy kỹ thuật ghi hình này còn có thể áp dụng cho những dữ liệu từ những thí nghiệm trong quá khứ.
"Phương pháp của chúng tôi là căn bản của cơ học lượng tử, vì vậy chúng tôi đang mong muốn thử nghiệm nó trên các hệ thống vi mô khác, như thị giác, quang hợp, bảo vệ ADN khỏi tác hại từ tia cực tím và các chức năng quan trọng khác của sinh vật sống", Bucksbaum cho biết.
Xem thêm: 5 thí nghiệm tưởng tượng mang tính cách mạng vật lý của Einstein
Nguyễn Thành Minh (Video: SLAC)
0 nhận xét Blogger 0 Facebook
Đăng nhận xét