Vì sao laze có thể làm cho nguyên tử “nguội” đi?

Năm 1997, một người Mĩ gốc Hoa nhận được giải thưởng cao nhất của vật lí học – giải Nobel về vật lí. Ông là giáo sư vật lí Chu Đệ Văn, năm ấy 50 tuổi, thuộc Trường đại học Stanford của Mĩ. Thành tựu đột xuất của ông trên lĩnh vực vật lí là dùng laze làm cho nguyên tử “nguội” đi, sau đó tóm bắt chúng và để cho nguyên tử chuyển động theo ý muốn của con người.

Vì sao laze có thể làm cho nguyên tử “nguội” đi? Con người thao túng nguyên tử có ích lợi gì?

Hoá ra là vật chất đều do phân tử, nguyên tử cấu thành, mà phân tử, nguyên tử luôn ở trong trạng thái chuyển động hoàn toàn vô quy tắc. Trong điều kiện nhiệt độ trong phòng, tốc độ chuyển động của phân tử, nguyên tử trong chất khí là tốc độ siêu âm1, còn nhanh hơn máy bay phản lực nói chung. Để tóm bắt những nguyên tử biến đổi liên tục trong phút chốc này, trước hết phải làm cho tốc độ chuyển động của chúng chậm lại, mà chậm lại có nghĩa là hạ thấp nhiệt độ chất khí. Chỉ có làm cho nguyên tử “nguội” đi đến nhiệt độ rất thấp, con người mới có khả năng tóm bắt và điều khiển chúng.

Ánh sáng do laze phát ra khác với của nguồn sáng thông thường. Nó có thể chiếu xạ tập trung năng lượng rất cao vào một phạm vi rất nhỏ. Lợi dụng đặc tính này, người ta đã chế tạo nhiều khí cụ dùng vào việc tăng nhiệt bằng laze và giải phẫu bằng laze. Khi dùng laze làm “nguội” nguyên tử, trước hết để một chùm tia laze chiếu xạ lên nguyên tử ở hướng đón đầu chuyển động của nguyên tử. Sau khi va chạm với mỗi một photon, nguyên tử sẽ giảm tốc độ một ít. Qua những va chạm nhiều vô kể với các photon, tốc độ nguyên tử liền chậm lại rất nhiều, từ đó làm cho nhiệt độ xuống thấp.
Khi nhiệt độ vô cùng thấp, dùng lực lượng vô cùng yếu là có thể tóm bắt được nguyên tử.

Lợi dụng laze làm “nguội” nguyên tử, có thể chế tạo ra đồng hồ nguyên tử hết sức chính xác. Giả sử khi một con người chào đời, đồng hồ nguyên tử bắt đầu chạy, thế thì khi người ấy 80 tuổi, thời gian mà đồng hồ ấy chỉ ra chênh nhau với thời gian tiêu chuẩn còn chưa đến một phần năm triệu của một giây. Hiện nay, trên các vệ tinh dùng để định vị toàn cầu đều có lắp đồng hồ nguyên tử. Có những đồng hồ nguyên tử đó rồi, người ta có thể thông qua vệ tinh xác định vị trí hiện thời của bất kì địa phương nào trên thế giới với độ chính xác trong vòng 1 mét. Khi người ta dùng sợi quang để truyền số liệu cũng cần dùng đồng hồ nguyên tử, vì tốc độ truyền tín hiệu của sợi quang rất nhanh, ở hai nơi cách xa nhau hàng vạn dặm, chỉ có đồng hồ nguyên tử mới bảo đảm cho sự vận hành đồng bộ của máy tính điện tử.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Hỏi đáp & Tư vấn © 2013 Hỏi đáp tư vấn