Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature ngày 5/1 cho biết, các nhà vật lý tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã lần đầu tiên quan sát trực tiếp một hiện tượng lượng tử được tạo ra bởi một chất lỏng bao gồm một số lượng lớn các nguyên tử siêu lạnh ở trạng thái quay tốc độ cao.
Họ thấy rằng, đám mây nguyên tử quay nhanh lúc đầu chóng đã biến thành một cấu trúc giống như kim nhỏ. Sau đó, cấu trúc hình kim ngày càng mỏng hơn, và các hiệu ứng vật lý cổ điển ngày càng bị triệt tiêu nhiều hơn, cho đến khi vượt quá một điểm tới hạn nhất định, hành vi của đám mây nguyên tử hoàn toàn bị kiểm soát bởi các hiệu ứng lượng tử. Tại thời điểm này, chiếc kim mỏng dần biến thành một cấu trúc tinh thể lượng tử, tức là một chuỗi dài các cơn lốc xoáy lượng tử nhỏ được kết nối với nhau.
Richard Fletcher, phó giáo sư vật lý tại MIT, cho biết: "Các cấu trúc tinh thể được hình thành hoàn toàn do tương tác (giữa các nguyên tử), cho thấy rằng chúng đã chuyển từ thế giới vật lý cổ điển sang thế giới lượng tử”.
Đồng tác giả của nghiên cứu, Giáo sư vật lý Martin Zwierlein cho biết sự tiến hóa của một đám mây nguyên tử quay tương tự như cách quay của Trái đất khiến thời tiết phát triển trên quy mô lớn.
Ông nói: "Hiệu ứng Coriolis giải thích hiệu ứng quay của Trái đất tương tự như lực Lorentz giải thích cách các hạt mang điện hoạt động trong từ trường. Ngay cả trong vật lý cổ điển, hiệu ứng này cũng dẫn đến một số hiện tượng thú vị, chẳng hạn như những đám mây quấn quanh Trái đất theo chuyển động xoắn ốc tuyệt đẹp. Và bây giờ, chúng ta có thể nghiên cứu điều này trong thế giới lượng tử”.
Hiệu ứng Coriolis dẫn đến sự lệch hướng rõ ràng của các vật thể như máy bay, gió, tên lửa và dòng hải lưu khi chúng chuyển động theo đường thẳng so với bề mặt Trái đất.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng tia laser để giữ khoảng một triệu nguyên tử natri, làm lạnh chúng xuống trạng thái rất gần với độ không tuyệt đối. Sau đó, họ tác dụng một trường điện từ lên các nguyên tử này. Trường điện từ sẽ nhốt các nguyên tử trong một phạm vi không gian và khiến chúng quay nhanh chóng. Sự quay của các nguyên tử trong trường điện từ, giống như nhiều viên bi quay trong một cái bát.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một máy ảnh để quan sát các nguyên tử với góc nhìn tương tự như một đứa trẻ đang nhìn vào tâm của một vòng xoay trên sân chơi. Sau khoảng 100 mili giây, các nhà nghiên cứu quan sát thấy các nguyên tử quay thành một cấu trúc dài, giống như kim, đạt đến độ mỏng lượng tử tới hạn.
Zwillerne nói: “Trong một chất lưu cổ điển, chẳng hạn như khói thuốc lá, nó ngày càng mỏng đi. Nhưng trong thế giới lượng tử, một chất lỏng đạt đến một giới hạn để xem là hiện tượng của thế giới lượng tử”.
Nghiên cứu mới cuối cùng đã đạt đến giới hạn đó và nhìn thấy những nguyên tử này có hình dạng kỳ lạ trong thế giới lượng tử: ban đầu từ hình dạng chiếc kim, dần dần trông giống như một làn khói, sau đó xoắn ốc thành hình dạng giống như cái nút chai, và sau đó tách ra thành một chuỗi các lốc xoáy nhỏ. Những lốc xoáy nhỏ này thực chất là cấu trúc tinh thể lượng tử do các nguyên tử quay trong đám mây nguyên tử tạo ra dưới tác dụng của lực tương tác.
Zweilian nói rằng hiện tượng tiến hóa thành các lốc xoáy lượng tử này tương tự như "hiệu ứng cánh bướm" của thế giới vĩ mô, tức là một sự xáo trộn nhỏ trong hệ thống có thể phát triển thành một sự thay đổi lớn trong toàn bộ hệ thống.
Văn Thiện
Theo The Epoch Times tiếng Trung
