Một thí nghiệm mới được hoàn thành tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) chứng minh rằng các đám mây khí được làm lạnh đến nhiệt độ đủ thấp và được nén đến một áp suất sao cho khí có mật độ đủ lớn, chúng mất khả năng tán xạ ánh sáng và trở nên tàng hình.
Các electron xung quanh bất kỳ nguyên tử nào đều ở các mức năng lượng khác nhau. Thông cáo báo chí của MIT công bố nghiên cứu giải thích rằng các electron này giống như khán giả trong rạp hát, mỗi electron có chỗ ngồi riêng, và nếu rạp đầy người, nó không thể di chuyển đến chỗ của người khác. Đây là một trong các nguyên tắc cơ bản của cơ học lượng tử gọi là nguyên lý loại trừ Pauli. Nguyên tắc này giúp duy trì sự đa dạng của các nguyên tố khác nhau trong bảng tuần hoàn và sự ổn định của thế giới vật chất ở xung quanh chúng ta.
Trong nghiên cứu mới này, các nhà khoa học của MIT đã khám phá ra một cách hiểu mới về nguyên lý loại trừ Pauli, mà họ gọi là hiệu ứng "khóa mức Pauli" (Pauli blocking). Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các nguyên tử trong đám mây khí lạnh và áp suất cao đã mất khả năng tán xạ ánh sáng do hiệu ứng này.
-
- Sơ đồ giải thích nguyên lý tác động của hiệu ứng khóa mức Pauli với ghế rạp hát. (Ảnh: MIT)
Tương tự như tình huống với ghế trong rạp hát, mỗi khán giả trên ghế là một nguyên tử. Trong trường hợp bình thường, mọi người ngồi rải rác, và khi ánh sáng truyền qua rạp chiếu phim, chỉ những nguyên tử có chỗ trống xung quanh mới có thể tán xạ các hạt photon. Sau đó, các hạt photon bị tán xạ sẽ đi vào mắt người, tức là mắt người có thể nhìn thấy những vật thể này.
Trong trường hợp nhiệt độ thấp và áp suất cao, các nguyên tử nói trên tập hợp lại với nhau, xếp sát từng nguyên tử một và không có bất kỳ chỗ trống nào ở xung quanh chúng. Lúc này, các photon tới không có khoảng trống để tán xạ, do đó mắt người không thể nhìn thấy ánh sáng tán xạ từ vật thể, tức là không thể nhìn thấy sự tồn tại của vật thể, hay nói cách khác là vật thể trở nên vô hình.
Nghiên cứu sử dụng các đám mây nguyên tử lithium để tiến hành các thí nghiệm và phát hiện ra rằng khi nhiệt độ giảm và áp suất tăng lên, độ sáng của đám mây nguyên tử lithium liên tục giảm. Nhiệt độ thấp nhất đạt được trong thí nghiệm là 20 microkelvin và khí được nén đến mật độ 10¹⁵ nguyên tử trên một cm³. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một máy ảnh có độ nhạy cao để phát hiện độ sáng của đám mây nguyên tử lithium, và kết quả cho thấy độ sáng của nó thấp hơn 38% so với khi đám mây ở nhiệt độ phòng.
Theo nghiên cứu, đây là thí nghiệm đầu tiên chứng minh nguyên lý của hiệu ứng khóa mức Pauli. Kỹ thuật này có thể được sử dụng để phát triển các vật liệu tàng hình. Tuy nhiên, nó có một ứng dụng quan trọng hơn trong lĩnh vực máy tính lượng tử: bởi vì thông tin lượng tử được truyền bởi các photon và sự tán xạ của các photon có nghĩa là sự rò rỉ thông tin, công nghệ triệt tiêu sự tán xạ ánh sáng này có thể được sử dụng để bảo vệ thông tin lượng tử không bị mất trong quá trình truyền tải.
Wolfgang Ketterle, giáo sư vật lý tại MIT, một trong những tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Bất cứ khi nào chúng ta kiểm soát thế giới lượng tử, như trong máy tính lượng tử, tán xạ ánh sáng là một vấn đề và có nghĩa là thông tin sẽ bị rò rỉ ra khỏi máy tính lượng tử của bạn. Đây là một cách để ngăn chặn sự tán xạ ánh sáng, và nghiên cứu của chúng tôi đang đóng góp vào chủ đề chung là kiểm soát thế giới nguyên tử”.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science.
Văn Thiện
Theo The Epoch Times tiếng Trung
