Ban tin vat ly thang 05 nam 2008

Mặc dù phép đo chiều dài tán xạ đối với các trạng thái siêu tinh tế đó tự nó không có gì mới, nhưng thực tế Close và các đồng sự đã tiến hành nó với một laser nguyên tử thật quan trọng [r]

Trần Nghiêm (hiepkhachquay)

nghiemth17617@kiengiang.edu.vn

Bản tin Vật lí tháng 5/2008

Bình minh của memristor

Như tất cả các sách giáo khoa điện tử thông dụng đều sẽ xác nhận, bất kì mạch điện thụ động nào cũng có thể được chế tạo với sự kết hợp của chỉ ba linh kiện chuẩn: điện trở, chống lại dòng điện tích; cuộn cảm, chống lại bất kì sự thay đổi nào ở dòng điện tích; và tụ điện, dụng cụ tích trữ điện tích Nhưng, nếu như nghiên cứu do các nhà vật lí ở Mĩ thực hiện được làm theo, thì các sách giáo khoa phải viết thêm một linh kiện chuẩn thứ tư: đó là ―memristor‖

Nói đơn giản thì một memristor ―ghi nhớ‖ lượng điện tích đã chạy qua nó và hệ quả là thay đổi điện trở của nó Hiệu ứng được tiên đoán vào năm 1971 bởi người kĩ sư điện tử Leon Chua, nhưng những manh mối duy nhất rằng nó thật sự tồn tại đã có mặt trong các bài báo cáo

về các vòng ―histerisis‖ kì lạ trong mối quan hệ dòng điện – hiệu điện thế của các dụng cụ màng mỏng Điều này có nghĩa là khi hiệu điện thế tăng thì dòng điện tuân theo một mối quan hệ khác với khi hiệu điện thế giảm

―[Các nhà khoa học] về cơ bản đã báo cáo hành vi này như một sự hiếu kì hay một bí ẩn với một chút cố gắng giảng giải vật lí cho quan sát đó‖, theo Stanley Williams thuộc Phòng thí nghiệm Hewlett Packard ở Palo Alto, California ―Không ai liên hệ được cái họ nhìn thấy với một nhớ kháng‖ Nay Williams và các đồng sự đến từ Hewlett Packard đã chế tạo được những memristor đầu tiên

Mô hình hành xử

Nhằm chế tạo memristor của họ, đội Williams trước tiên xem xét nhớ kháng có thể phát sinh như thế nào ở mức độ nguyên tử Họ đi đến một mô hình phân tích của memristor gồm một mẫu bán dẫn mỏng chứa hai miền khác nhau: miền pha tạp cao có điện trở thấp, và miền không pha tạp có điện trở cao Khi thiết đặt hiệu điện thế hai đầu mẫu bán dẫn, nó làm cho một số chất cho trôi giạt nên điện trở kết hợp thay đổi, từ đó tạo ra hiệu ứng histerisis đặc trưng của nhớ kháng

Để đưa mô hình này vào thực tiễn, đội của Williams đã gắn một lớp titanium dioxide pha tạp chất vào một lớp titanium dioxide không pha tạp chất Qua phép đo dòng điện – hiệu điện thế,

họ tìm thấy nó thật sự biểu hiện hiệu ứng histerisis của nhớ kháng (Nature 453 80)

Chua phát biểu với physicsworld.com rằng ông ―thật sự ấn tượng‖ là đội California đã

chứng minh được lí thuyết của ông ―Đa số những hành vi không theo quy tắc đã được báo cáo rộng rãi trong giới vi điện tử học trong thập kỉ qua bây giờ có thể hiểu dễ dàng là sự biểu hiện của động lực học nhớ kháng‖, ông nói ―Nó báo trước một sự chuyển hướng khuôn mẫu không chỉ trong kĩ thuật, mà còn trong khoa học nữa‖

Williams nói đội của ông đã chế tạo và kiểm nghiệm hàng nghìn memristor, và còn sử dụng chúng trong các mạch điện chứa các mạch tích hợp Vì histerisis của memristor khiến cho chúng có thể hoạt động giống như một công tắc, nên đội nghiên cứu hiện đang khảo sát xem họ

có thể khai thác nhớ kháng như thế nào cho các công việc thường dành riêng cho điện tử học

lôgic số Trong số này có một loại mới của bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên không biến đổi, hay một dụng cụ có thể mô phỏng các synapse – mối nối giữa các neuron – trong não

Jon Cartwright (physicsworld.com, 30/04/2008)

Ánh sáng cực quang bị phân cực

Ảnh chụp ánh sáng phương Bắc thực hiện bởi Guillaume Gronoff, một thành viên của đoàn thám hiểm CNRS tới Svalbard Cách đây 50 năm, một nhà vật lí người Australia tên là Bob Duncan đã báo cáo rằng ánh sáng phát ra từ cực quang Australis (hay ánh sáng phương Nam) bị phân cực Mặc dù khám phá của ông có thể mang lại một phương pháp mới cho nghiên cứu khí quyển Trái đất, nhưng các nhà khoa học lúc bấy giờ không bị thuyết phục Kết quả của Duncan nhanh chóng bị quẳng sang bên và sự hiểu biết thịnh hành trong nửa thế kỉ qua là ánh sáng đó không bị phân cực Tuy nhiên, nay một đội các nhà vật lí quốc tế đã tiến hành một phép đo tương tự từ hòn đảo Băng giá thuộc Svalbard, cho thấy Duncan lâu nay là đúng

Cực quang Borealis (hay ánh sáng phương Bắc) và cực quang Australis là những màn trình diễn ngoạn mục của ánh sáng có thể trông thấy ở các vĩ độ cao và trung bình Cực quang xuất hiện khi các hạt tích điện (chủ yếu là electron và proton) do Mặt trời phát ra bị tập trung và gia tốc bởi từ trường của Trái đất Người ta tin rằng những hạt này đi theo các quỹ đạo xoắn ốc theo các đường sức từ của Trái đất

Duncan đã xem xét cái xảy ra khi các electron xoắn cuộn như thế va chạm với các nguyên tử chất khí ở trên khoảng 200 km trong bầu khí quyển Ông đề xuất rằng các electron truyền năng lượng sang các nguyên tử, đưa chúng vào một trạng thái lượng tử bị kích thích nhất định Khi chúng quay trở lại trạng thái cơ bản, các nguyên tử phát ra ánh sáng với sự phân cực nhất định qua quá trình huỳnh quang Và vào một đêm trong năm 1958, ông đã đo được mức độ phân cực 30% trong ánh sáng đến từ bầu trời phương nam ở Tasmania

Các nguyên tử xô đẩy nhau

Tuy nhiên, các nhà vật lí hàng đầu lúc bấy giờ không tán thành kết quả của Duncan vì, trong quá trình phát xạ ánh sáng, nguyên tử được trông đợi vẫn ở trạng thái kích thích trong một

số thời gian nào đó Trong thời gian này, nó sẽ bị xô đẩy bởi các nguyên tử chất khí khác ở xung quanh – hay như các nhà nghiên cứu bè bạn thời kì đó tranh luận – chúng sẽ phá hỏng sự phân cực Kết quả là thành quả của Duncan nhanh chóng bị nghi ngờ và lãng quên

Nay Roland Thissen và các đồng sự tại Phòng thí nghiệm Khoa học Hành tinh CNRS ở Grennoble, Pháp, và các cộng tác viên ở Hà Lan và Na Uy, vừa xác nhận rằng ánh sáng cực quang thật sự bị phân cực (Geophys Res Lett 35 L08804) Đội nghiên cứu tập trung vào ánh sáng

đỏ phát ra từ các nguyên tử oxygen huỳnh quang và tìm thấy nó có độ phân cực tối đa 6% khi nó

đi vào thiết bị của họ

Con số này được trông thấy trong những thời khắc ―yên ắng‖ giữa các sự kiện cực quang khả kiến khi ánh sáng vẫn đang được tạo ra mặc dù nó không thể nhìn thấy bằng mắt trần Sự phân cực giảm xuống còn khoảng 2% khi cực quang là khả kiến

Sự suy giảm này, theo Thissen, nghĩa là những người chỉ trích Duncan ít nhất có phần nào đó đúng Trong cực quang khả kiến, các electron va chạm được cho là có năng lượng cao hơn ở những thời khắc yên ắng Điều này có nghĩa là các electron truyền nhiều năng lượng của chúng hơn cho oxygen ở những thời khắc yên ắng – và quá trình nhường năng lượng thêm vào này trước khi phát ra ánh sáng đỏ có xu hướng ―chặn đứng‖ sự phân cực, Thissen nói

Quan sát được thực hiện bằng một kĩ thuật quang chuẩn gồm việc tách ánh sáng từ vùng cực quang thành hai kênh, và truyền một kênh qua một bộ lọc phân cực Sự phân cực của ánh sáng có thể xác định bằng cách so sánh cường độ ánh sáng trong kênh lọc và kênh không lọc

Đây là kĩ thuật chuẩn có thể thích hợp cho nghiên cứu sự phân cực của ánh sáng phát ra

từ cực quang trên các hành tinh như Thổ tinh và Mộc tinh Nó còn có thể được sử dụng để nghiên cứu ánh sáng phát ra từ các ―hành tinh ngoại lai‖ quay xung quanh những ngôi sao khác,

theo Thissen Điều này có thể giúp các nhà thiên văn thu được sự hiểu biết tốt hơn về từ trường lẫn khí quyển bao quanh những thế giới xa xôi này

Ba thành viên của đoàn thám hiểm Svalbard với dụng cụ dùng để đo sự phân cực của ánh sáng phát ra từ cực quang

Từ trái sang phải là Jean Lilensten, Guillaume Gronoff và Mathieu Barthélemy

Ở đây, trên Trái đất này, các nghiên cứu phân cực có thể mang đến sự hiểu biết tốt hơn về những thời khắc yên ắng trong cực quang và nguyên nhân ánh sáng có thể đột ngột bừng lên – thường làm hỏng sự truyền thông vô tuyến và những công nghệ khác

Số đo khó hiểu

Buồn thay, Duncan không sống để nhìn thấy ý tưởng của ông hồi sinh – ông mất vào năm

2004 – và Thissen nói rằng thật bất hạnh là họ chẳng thể mời ông tham gia vào nghiên cứu của

họ Ông nói số đo sự phân cực 30% của Duncan vẫn là một ―bí ẩn‖ vì nó miêu tả sự phân cực tối

đa của ánh sáng phát ra từ oxygen – thứ có thể nhìn thấy trong phòng thí nghiệm, nhưng không nhìn thấy ở ánh sáng tạo ra trong khí quyển và rồi truyền đi hơn 200 km trước khi bị phát hiện

Hamish Johnston (physicsworld.com, 01/05/2008)

Dây nano kiểu “cây thông” bện xoắn Eshelby

Dây nano kiểu ―cây thông‖, ảnh chụp qua kính hiển vi điện tử quét Sương giá, cột băng và bông tuyết đều đã quá quen thuộc với người dân Wisconsin, nhất

là vào những buổi sáng mùa đông Nhưng những cấu trúc giống như băng trong bức hình trên, do các nhà khoa học tại Đại học Wisconson-Madison ở Mĩ thực hiện, không hình thành trong giá lạnh – chúng là các ―cây thông‖ dây nano lớn lên qua sự lắng hơi hóa học (CVD) của chì sulfide

ở nhiệt độ gần 650o

C

CVD thường được sử dụng để nuôi dây nano, nhưng nó thường yêu cầu một hạt nano xúc tác ―gieo mầm‖ để cấu trúc bắt đầu Song Jin và các đồng sự tìm thấy khi điều chỉnh dòng khí hydrogen dùng trong CVD là các dây nano không cần hạt mầm xúc tác Thay vì vậy, sự tăng trưởng của các dây nano của họ có thể điều khiển bằng một loại khiếm khuyết gọi là sự trật khớp đinh ốc, tạo ra một bậc xoắn ốc cho các nguyên tử chiếm vào Khi các nhà nghiên cứu tiếp tục CVD với một kĩ thuật lắng đọng khác, gọi là kĩ thuật nuôi cấy hơi-lỏng-rắn, các dây nano nằm ngang lớn lên ra phía ngoài từ các bậc, hình thành những cấu trúc dạng cây (Science

doi: 10.1126/science.1157131)

Mặc dù đội của Jin đã chế tạo được các dây nano phân nhánh trước đây, nhưng đây là lầ đầu tiên họ tạo ra được những cấu trúc với sự phức tạp như vậy Thật vậy, họ nghĩ các cây thông dây nano của họ thật quá phức tạp nên chúng có thể là bằng chứng tốt nhất từ trước đến nay cho một lí thuyết sai khớp gọi là xoắn Eshelby Lí thuyết này, được đưa ra cách đây 55 năm bởi nhà khoa học vật liệu John Eshelby, người khi đó làm việc tại trường đại học Illinois ở Urbana, đề

xuất rằng sức căng tạo bởi sự sai khớp làm phát sinh một mômen quay ở từng đầu của ống trụ, buộc nó xoắn lại

Xoắn Eshelby đã được quan sát thấy trong tự nhiên trước đây, nhưng các nhánh nằm ngang trong cây thông dây nano có thể đóng vai trò chất đánh dấu để làm nổi bật khu vực của chúng Đội của Jin nghĩ rằng lí thuyết Eshelby sẽ giúp họ tìm hiểu cách bố trí của các nhánh của cây thông dây nano của họ, khi làm như thế sẽ mang lại ―bằng chứng rõ ràng nhất‖ cho giá trị của lí thuyết đó ―Bên dưới những cấu trúc nano đẹp tuyệt vời này là nền khoa học đẹp và cơ bản làm sống lại trái tim của lí thuyết tăng trưởng tinh thể‖, Jin nói

Jon Cartwright (physicsworld.com, 01/05/2008)

Laser thật sự hoạt động như thế nào

Minh họa cách ánh sáng hành xử trong laser truyền thống và laser ngẫu nhiên Các nhà nghiên cứu ở Thụy Sĩ và Mĩ vừa phát triển một khuôn khổ lí thuyết mới cho việc

mô tả một phạm vi rộng laser – bao gồm cả các hệ độc đáo gọi là laser ngẫu nhiên khuếch tán, cho đến nay chúng vẫn chưa có một lời giải thích hoàn chỉnh Lí thuyết của họ có thể mở ra cánh cửa cho các laser độc đáo được sử dụng trong phạm vi rộng rãi hơn của các ứng dụng thương mại như bảo mật tài liệu, cảm biến từ xa, trình chiếu cực nhanh và chụp ảnh chẩn đoán

Một laser thông thường gồm một môi trường khuếch đại quang học, ví dụ như chất khí, kẹp giữa hai cái gương trong hộp quang Môi trường khuếch đại được ―bơm‖ bằng một nguồn sáng bên ngoài hoặc điện trường sao cho đa số nguyên tử hay phân tử của chúng ở vào trạng thái năng lượng kích thích cao

Khi những trạng thái này phân hủy, chúng phát ra ánh sáng nảy tới lui trong hộp quang

Sự hồi tiếp này kích thích sự phát xạ ánh sáng giống như vậy từ các nguyên tử khác ở trạng thái kích thích Kết quả là hộp chứa đầy ánh sáng theo một phương duy nhất ở bước sóng giống nhau, một số trong chúng được phép thoát ra để hình thành nên chùm tia laser

Sự tán xạ bội ngẫu nhiên

Laser ngẫu nhiên – không có hộp quang – ra đời vào giữa thập niên 1990, khi Nabil Lawandy thuộc Đại học Brown ở Mĩ bắn một chùm tia laser vào một cái cốc chứa đầy thuốc nhuộm thường sử dụng làm môi trường khuếch đại trong laser truyền thống Lawandy nhận thấy khi các hạt nhỏ kim loại được thêm vào cốc, thì thuốc nhuộm bắt đầu phát laser Laser đó là ngẫu nhiên theo nghĩa là sự hồi tiếp cho các photon phát sinh trong thuốc nhuộm được cung cấp bởi sự tán xạ bội ngẫu nhiên của ánh sáng khỏi các hạt kim loại đó

Nhưng chính xác tại sao điều này xảy ra là một bí ẩn – nhất là vì việc thêm sự tán xạ hạt đối với laser thuốc nhuộm thông thường được biết là làm giảm hiệu suất của nó Khi các nhà vật

lí bắt đầu chế tạo laser ngẫu nhiên khai thác các môi trường laser khác nhau, họ phát hiện thấy thật ra có tới hai loại laser ngẫu nhiên

Một loại là laser ngẫu nhiên khu biệt, trong đó ánh sáng được tin là bị hạn chế với các

―đốm nóng‖ (tình hình gần hơn với laser hộp thông thường) Loại kia là laser ngẫu nhiên khuếch tán, hay DRL, trong đó các hạt không có tính phản xạ cho lắm Trong DRL, ánh sáng thực sự ngấm ra khỏi môi trường nhanh chóng, thay vì bị giam giữ Sự thoát ra khỏi nhanh chóng này của ánh sáng rất khác với cái xảy ra trong hộp quang, khiến các nhà vật lí tự hỏi không biết làm thế nào DRL có thể đóng vai trò một laser

Các nhà nghiên cứu đã có một số thành công mô tả lí thuyết của laser ngẫu nhiên khu biệt, nhưng việc tìm hiểu DRL thật khó mà chế ngự được Nhưng nay Hakan Türeci thuộc Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ở Zurich và Douglas Stone và các đồng sự tại Đại học Yale vừa đi đến một lí thuyết khái quát mới của laser giải thích được sự hoạt động của cả hai loại laser ngẫu nhiên cũng như các laser truyền thống

Cực kì rò rĩ

Đội nghiên cứu sử dụng lí thuyết của họ để tạo ra các mô phỏng máy tính có thể mô phỏng sự rò rĩ cực độ của một DRL và xác định số lượng thông số chính của laser gồm công suất phát của nó và bước sóng của ánh sáng laser phát ra Dữ liệu vào của mô phỏng bao gồm sự phân

bố của các hạt tán xạ trong môi trường và công suất bơm

Mô hình của họ xem xét mọi con đường khả dĩ mà ánh sáng có thể phản xạ tới lui trong môi trường (mode cộng hưởng của nó) và khảo sát xem những mode này tương tác với nhau như

thế nào để định rõ bước sóng của ánh sáng tạo ra bởi laser

Sử dụng mô phỏng đó, đội nghiên cứu có thể tái tạo một đặc trưng chủ yếu của DRL lảng tránh các lí thuyết trước đây – đó là bước sóng của ánh sáng laser phát ra luôn như nhau, cho dù DRL được bơm như thế nào

Đội nghiên cứu hiện đang sử dụng lí thuyết của họ để tìm hiểu sự ổn định của bước sóng phát ra Türeci còn tin chắc rằng lí thuyết đó sẽ được sử dụng để làm tăng thêm hiệu suất của các laser độc đáo khác như các laser hoạt động trên bộ cộng hưởng hỗn loạn hoặc hộp gốc tinh thể lượng tử

Laser ngẫu nhiên đã được sử dụng bởi Nabil Lawandy để tạo ra một hệ thống bảo mật tài liệu nhờ đó một chất lỏng chứa các hạt phản xạ được ―sơn‖ lên một mảnh giấy Khi chất khô đi,

nó có thể được làm cho phát xạ ánh sáng laser bằng cách bắn laser vào nó Bước sóng chính xác của ánh sáng phát ra được xác định bởi vị trí chính xác của tất cả các hạt phản xạ trong nước sơn khô – thứ khác nhau đối với từng bức họa Kết quả là một chữ kí độc nhất vô nhị không thể nào tái tạo được

Hamish Johnston (physicsworld.com, 01/05/2008)

Laser nguyên tử thực hiện phép đo đầu tiên của nó

Các nhà vật lí ở Australia lần đầu tiên đã tiến hành được một công việc đo đạc với một laser nguyên tử Thành tựu đó mở ra khả năng điều khiển một chùm laser nguyên tử sao cho nó

có thể dùng cho xử lí thông tin lượng tử

Laser nguyên tử cấu thành từ hóa đặc Bose-Einstein, một tập hợp các nguyên tử cực lạnh cùng rơi vào một trạng thái lượng tử như nhau BEC thường phải bị bẫy – ví dụ, với từ trường – nhưng nếu như một số trong các nguyên tử được phép thoát ra khỏi thế giam giữ, chúng có thể tạo ra một sóng vật chất lan truyền đi

Giống hệt như ánh sáng phát ra từ một laser bình thường, sóng vật chất phát ra từ một laser nguyên tử là kết hợp và do đó có một trường lượng tử xác định rõ ràng có thể điều khiển cho việc xử lí và truyền tải thông tin lượng tử hay cho việc tiến hành các phép đo Thật vậy, vì các nguyên tử có xung lượng lớn hơn các photon phát ra từ laser thông thường nên chúng có bước sóng de Broglie nhỏ hơn, về nguyên tắc có nghĩa là một laser nguyên tử có thể tiến hành các phép đo không gian chính xác hơn

―Theo quan điểm của tôi, thí nghiệm mà chúng tôi vừa tiến hành thật sự cho thấy một xu hướng mới quan trọng mà chúng tôi đang đi theo‖, John Close thuộc Đại học quốc gia Australia

ở Canberra nói với physicsworld.com ―Chúng tôi và một vài nhóm khác đã mất nhiều năm phát

triển laser nguyên tử thành một công cụ hữu ích‖

Hai hóa đặc

Phép đo tiến hành bởi Close và các đồng sự thuộc về tương tác giữa một laser nguyên tử

và một BEC khác, cả hai đều cấu thành từ các nguyên tử rubidium-87 nhưng ở vào trạng thái

―siêu tinh tế‖ khác nhau Các nhà nghiên cứu đặt laser nguyên tử ở trên BEC thứ hai sao cho sóng vật chất của nó sẽ rơi qua tập hợp các nguyên tử phía dưới và tán xạ Sau đó, bằng cách chiếu ánh sáng vuông góc với mặt phẳng chuyển động và ghi lại sự phân bố hấp thụ, họ đo được chiều dài tán xạ - thông số cho biết các nguyên tử tán xạ lên nhau gần như thế nào – gấp 94 lần bán kính của đám mây electron của nguyên tử (arXiv:0805.0477)

―Tất cả những phép đo khác mà chúng ta biết thuộc lĩnh vực laser nguyên tử đều được sử dụng để đặc trưng hóa tính chất của bản thân chùm laser nguyên tử chứ không phải sử dụng laser nguyên tử để tiến hành đo một đại lượng khác‖, Close nói

Mặc dù phép đo chiều dài tán xạ đối với các trạng thái siêu tinh tế đó tự nó không có gì mới, nhưng thực tế Close và các đồng sự đã tiến hành nó với một laser nguyên tử thật quan trọng

vì nó sẽ giúp các nhà vật lí hiểu được làm thế nào điều khiển laser nguyên tử để chúng có thể dùng trong các hệ thông tin lượng tử Việc này có thể thu được với laser thông thường bằng cách gửi ánh sáng qua môi trường phi tuyến, dẫn tới, ví dụ, chùm photon rối

Wolfgang Ketterle, một nhà vật lí vật chất hóa đặc tại Viện Công nghệ Massachusetts, Mĩ, người đã phát minh ra laser nguyên tử vào năm 1997, nói rằng mặc dù thí nghiệm của nhóm người Australia không tạo ra bất kì kết quả nào mới hay nhận ra những khái niệm mới, nhưng nó thật giàu sức tưởng tượng và ―sử dụng một vài thủ thuật rất đẹp‖

Close giải thích rằng ―hãy còn rất sớm‖ cho việc áp dụng laser nguyên tử cho đo lường

―Chúng tôi có kế hoạch chế tạo các laser nguyên tử nén liên tục, thông lượng cao, có thể điều chỉnh được mà chúng tôi nghĩ sẽ có thể áp dụng cho đo lường chính xác trong nhiều lĩnh vực đa dạng từ khoa học bề mặt cho tới đo lường học‖

Jon Cartwright (physicsworld.com, 08/05/2008)

Weiler tiếp tục giữ chức vụ lãnh đạo NASA

Ông chủ NASA Michael Griffn vừa công bố rằng Edward Weiler sẽ vẫn là nhà quản trị khoa học đứng đầu của cơ quan này sau gần sáu tuần làm nhà thay thế tạm thời

Edward Weiler Weiler thăng lên làm nhà quản trị khoa học vào hôm 26 tháng 3 khi Alan Stern, người giữ chiếc ghế đo trong chừng một năm trước, nghỉ hưu sau một sự bất đồng ý kiến với Griffin về việc cắt giảm ngân quỹ cho sứ mệnh Tàu thăm dò thám hiểu Hỏa tinh (MER) Trong một phát biểu công bố vào hôm qua, Griffin nói rằng ông hài lòng là Weiler chấp nhận đảm đương chức

vụ trên cơ sở lâu dài ―Phong cách lãnh đạo của ông và 26 năm kinh nghiệm quản lí sẽ cần thiết cho sự thành công của các hoạt động và sứ mệnh khoa học sắp tới‖, ông thêm

Từ năm 2004, Weiler là giám đốc Trung tâm Bay Không gian Goddard của NASA, và trước đó ông là nhà quản trị cho Doanh nghiệp Khoa học không gian của Trung tâm Trong quá khứ, ông từng là giám đốc của Chương trình tìm kiếm nguồn gốc thiên văn của NASA và từ năm

1979 tới 1998 là nhà khoa học lãnh đạo cho Kính thiên văn vũ trụ Hubble

Các nhà khoa học tại NASA sẽ hăm hở muốn thấy làm thế nào Weiler điều hành dự án vượt qua giữa chính sách thắt lưng buộc bụng của chính phủ Mĩ đối với khoa học Ngân quỹ của

cơ quan trong năm 2008 vẫn giữ ở mức 4,7 tỉ đô la, và trong năm 2009 chính quyền Bush yêu cầu cắt giảm đi 25 triệu đô la Stern phản đối cắt giảm ngân quỹ cho các dự án đang triển khai tốt

và thay vì thế đã lựa chọn cắt giảm các chương trình phổ biến như tàu thăm dò Spirit và Opportunity của MER – một động thái bị Griffin lật ngược và cuối cùng khiến Stern phải ra đi

Từ một cuộc phỏng vấn hồi tháng trước trên website Space News, Weiler đã ám chỉ rằng

ông không phải là kẻ dễ bị thuyết phục ―Nếu như các chương trình ra khỏi tầm kiểm soát và tôi ngờ rằng chúng không thể quay trở lại vòng kiểm soát, thì tôi có thành tích rõ ràng là nhà quản trị trong sáu năm‖, ông nói ―Tôi đã hủy năm chương trình Tôi có khả năng làm điều đó một lần

nữa Mặt khác, tôi cũng có thể đảm bảo rằng các chương trình đó không chỉ tiết kiệm vài ba cent,

vì tôi có kinh nghiệm riêng nơi đâu giá thành là mối quan tâm duy nhất‖

Jon Cartwright (physicsworld.com, 08/05/2008)

Tái tạo lốc xoáy địa cực trong xô nước

Nếu bạn ở trong phi thuyền đang đi trên Cực Nam của Trái đất, bạn có thể thấy ―xoáy địa cực‖ – một khối xoáy tít khổng lồ của mây và gió trong tầng trên khí quyển ngay phía trên địa cực, bị điều khiển bởi sự quay của Trái đất Tâm của lốc xoáy thường tròn, nhưng thỉnh thoảng người ta cho là nó có hình tam giác hay hình vuông Nay các nhà nghiên cứu ở Canada khẳng định đã tái tạo được hành vi này lần đầu tiên trong phòng thí nghiệm – sử dụng không gì hơn là nước trong một cái xô hình trụ với đế quay tròn

Các xoáy đa giác N cạnh nhìn thấy ở một xô nước đang xoáy tít N cũng được tin

là xoáy vệ tinh được cho là có kết quả trong việc hình thành các đa giác

Trong khi hình như thật lạ là một lốc xoáy cuộn tròn sẽ đột ngột phát triển các góc, thì hành vi gây hiếu kì này lần đầu tiên được theo dõi trên một thế kỉ trước bởi nhà vật lí người Anh

J J Thomson Nghiên cứu về lí thuyết bấy giờ bị bỏ rơi về ―các nguyên tử xoáy‖, lí thuyết cho rằng mỗi nguyên tử là một xoáy trong ether, Thomson đã tính được khi một xoáy độc thân đạt tới một vận tốc góc tới hạn, thì nó sẽ tách thành hai xoáy quay tròn bên nhau, tạo ra một phân tử hai nguyên tử

Khi vận tốc góc tiếp tục tăng thêm, Thomson tiên đoán rằng hệ sẽ tách thành ba, bốn, năm và sáu xoáy, tạo thành những phân tử lớn hơn Ý tưởng về các xoáy bội này bị phần đông lãng quên mãi cho đến năm 1979, khi Richard Packard và các đồng sự tại trường đại học California, Berkeley nhìn thấy nhiều tới 11 xoáy trong một bình trụ helium siêu lỏng đang quay tròn (Phys Rev Lett 43 214)

Một số nhà vật lí tin rằng hình dạng đa giác kì lạ của xoáy địa cực có thể hình thành khi các ―xoáy vệ tinh‖ bội cùng tồn tại với một xoáy trung tâm Ví dụ, ba xoáy vệ tinh và một xoáy trung tâm sẽ kết hợp tạo ra một hình tam giác Nay Goergios Vatistas và các đồng sự tại trường đại học Concordia vừa quan sát thấy hiệu ứng này lần đầu tiên trong phòng thí nghiệm (Phys Rev

Lett 100 174503)

Làm cho nó xoáy tít

Đội của Vatistas đã nghiên cứu các xoáy nước trong một cái xô hình trụ tĩnh tại với một cái đĩa quay tròn ở đáy của nó Khi cái đĩa quay tròn, nó làm cho xoáy nước hình thành trong xô Hiệu ứng li tâm làm cho nước leo lên thành xô, để lại một chỗ lõm nơi chính giữa Nếu cái đĩa quay đủ nhanh, thì vùng lõm chạm đúng tới đáy xô và tâm của đĩa không có chút nước nào trên

nó cả

Các nhà nghiên cứu sử dụng một máy quay kĩ thuật số chụp một bức ảnh của vùng khô trong mỗi vòng quay bằng một đèn chớp đồng bộ hóa Ban đầu, vùng khô của đĩa có hình tròn – nhưng khi vận tốc góc của đĩa tăng lên, thì vùng khô tách thành hai thùy, sau đó là hình tam giác,

tứ giác, ngũ giác và lục giác Cho dù có tăng thêm vận tốc góc lên nữa, đội nghiên cứu nhìn thấy không có bằng chứng cho các đa giác có bảy hay nhiều cạnh hơn

Vatistas nói với physicsworld.com rằng trong khi cần có nhiều nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm nữa để hiểu được tại sao các đa giác hình thành, nhưng ông tin rằng chúng có khả năng được tạo ra bởi sự tồn tại đồng thời của một xoáy trung tâm với cơ cấu đặc biệt của các xoáy vệ tinh

―Chúng tôi vẫn đang quan sát và theo dõi hiện tượng một cách chi tiết‖, theo Vatistas Sau đó, được trang bị với dữ liệu thực nghiệm chi tiết hơn, đội nghiên cứu có kế hoạch sử dụng lí thuyết toán học của sự hình thành xoáy cùng với các mô phỏng bằng số để thu được sự hiểu biết sâu sắc hơn nguyên nhân các đa giác hình thành

Thổ tinh và ngoài kia nữa

Vatistas tin rằng nghiên cứu có thể mang lại sự hiểu biết tốt hơn về động lực học của khí quyển Trái đất Các cấu trúc đa giác của cũng được trông thấy trong ―con mắt‖ của một số tâm bão, chẳng hạn Ngoài Trái đất ra, cấu trúc lục giác đã hình thành đốm tại cực bắc của Thổ tinh

và các hình tam giác đã được theo vết tại tâm của thiên hà xoắn ốc NGC 598 – khiến một số nhà thiên văn vật lí cho rằng lõi của nó chứa ba xoáy vệ tinh

Phản ứng trước đóng góp mới nhất này cho nghiên cứu các xoáy, Packard tại Berkeley

nói với physicsworld.com ―Tôi thật sự thấy hấp dẫn rằng các xoáy, xảy ra tại quá nhiều nơi trong

tự nhiên, vẫn là đối tượng nghiên cứu sau hơn 200 năm khảo sát kĩ lưỡng bởi một số trong những trí tuệ vĩ đại nhất trong khoa học‖

Hamish Johnston (physicsworld.com, 08/05/2008)

Các nhà khoa học đoạt giải Nobel kiến nghị tổng thống Bush giải quyết sự thâm hụt ngân sách khoa học

Một nhóm gồm 20 nhà vật lí giành giải thưởng Nobel đã viết thư cho tổng thống Mĩ George Bush, yêu cầu ông làm việc với Quốc hội tìm ít nhất 510 triệu đô la ―tài trợ bổ sung khẩn cấp‖ cho các cơ quan phải chi nhiều cho nghiên cứu vật lí của quốc gia Các nhà khoa học gửi thư nhằm phản ứng trước sự thâm hụt tương đương trong lượng tiền mà Quốc hội duyệt cho nghiên cứu khoa học trong năm tài chính này so với con số do Bush đề xuất ban đầu

―[Ngân quỹ 2008] gửi một lời nhắn kinh hoàng tới thế hệ tiếp theo của các nhà khoa học‖, các nhà khoa học than phiền trong bức thư của họ ―Thay vì mang lại sự động viên đối với các nhà khoa học mới vào nghề, kế hoạch tài trợ đã mang lại sự bất mãn‖ Những người kí tên vào bức thư có nhà tiên phong laser Charles Townes, nhà vật lí hạt Frank Wilczek, và những người đoạt giải năm 2006, các nhà vũ trụ học George Smoot và John Mather

Tình hình tài trợ ở nước Mĩ trở nên khó khăn trong năm nay vì ngân quỹ cho năm tài chính 2008 – bắt đầu vào tháng 10 năm 2007 – chỉ được thông qua vào tháng 12 năm 2008, sau

11 tháng tranh cãi giữa tổng thống và quốc hội Sự chậm trễ này là tin xấu đối với các nhà nghiên cứu và học viện đã bắt đầu chi tiêu số tiền năm 2008 của họ, chỉ thấy tiền tài trợ của họ bị cắt bớt, hay thậm chí bị xén mất

Hai lĩnh vực do Bộ Năng lượng tài trợ đặc biệt bị ảnh hưởng tồi tệ, với số tiền tài trợ cho vật lí năng lượng cao giảm đi 688 triệu đô la – ít hơn 12% so với Bush yêu cầu – và tiền tài trợ cho nghiên cứu nhiệt hạch giảm đi một phần ba Sự cắt giảm dẫn tới, ví dụ, Fermilab thông báo

kế hoạch hồi đầu năm nay sẽ sa thải 200 trong số 1900 nhân viên của phòng thí nghiệm

Thiệt hại lâu dài

Trong bức thư, các nhà khoa học phàn nàn rằng ―hàng trăm nhà khoa học đã bị sa thải; tiền trợ cấp cho nghiên cứu bị giảm bớt; và sự điều hành thiết bị suy giảm nghiêm trọng ở các phòng thí nghiệm quốc gia‖, là kết quả của sự thâm hụt ngân quỹ Họ còn cảnh báo rằng thiệt hại cho nền khoa học Mĩ trong năm 2008 ―sẽ trở thành lâu dài nếu như không được sửa lại trong vài

ba tháng tới‖ Sự thiệt hại này, họ nói, có thể làm cản trở khả năng của đất nước đối phó với ―sự cạnh tranh toàn cầu đang tăng dần từ các nước như Trung Quốc, Ấn Độ và Hàn Quốc‖

Wolfgang Ketterle, người cùng nhận giải thưởng năm 2001 cho nghiên cứu của ông về

hóa đặc Bose-Einstein, phát biểu với physicsworld.com nguyên nhân khiến ông kí vào bức thư:

―Tôi biết từ kinh nghiệm của bản thân mình rằng sự tiến bộ khoa học yêu cầu sự liên tục và có thể dự báo trước về tài trợ, cả hai cần thiết cho các nỗ lực nghiên cứu hiện nay, và cho việc thu hút nhân tài mới‖ Ông thêm, ―tình hình ngân quỹ hiện nay không phản ánh điều này‖

Sự cắt giảm ngân quỹ cũng làm cho các nhà vật lí Mĩ hạn chế gay gắt sự tham gia của họ trong năm nay vào một vài dự án quốc tế - trong đó có Lò phản ứng Nhiệt hạch quốc tế (ITER),

tổ hợp đang được xây dựng tại Pháp, và Máy Va chạm Thẳng quốc tế ―[Ngân quỹ năm 2008]

đang phá hỏng danh tiếng của chúng ta với tư cách là một đối tác đáng tin cậy trong các dự án quốc tế‖, các nhà khoa học than phiền

Hoãn sang năm 2009

Bush đã cho công bố yêu cầu tài trợ cho năm 2009 mà – nếu được phê chuẩn – sẽ mang lại một số thoải mái cho các nhà nghiên cứu khi nó bao gồm sự tăng đáng kể trong chi tiêu khoa học Đặc biệt, số tiền bổ sung có thể cho phép nước Mĩ giành lại sự đóng góp trọn vẹn cho ITER

và ILC Trong bức thư của họ, các nhà khoa học ―tán thành‖ dự luật của Bush cho khoa học nhưng cảnh báo rằng vấn đề tài trợ năm 2008 yêu cầu sự hành động tức thời ―Chúng tôi hết sức khẩn khoản yêu cầu ông làm việc với quốc hội trong những tuần tới để ban hành sự tài trợ bổ sung khẩn cấp‖

Số tiền 510 triệu đô la bao gồm 310 triệu đô la cho Phòng Khoa học của Bộ Năng lượng,

170 triệu đô la cho Quỹ Khoa học quốc gia và 30 triệu đô la cho Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ quốc gia

Kei Koizumi, một nhà phân tích ngân sách tại Hiệp hội vì sự tiến bộ của khoa học Mĩ,

nói với physicsworld.com: ―Có một cơ hội, nhưng là một cơ hội nước đôi, tiền tài trợ cho vật lí

học năm 2008 có thể tăng thêm bởi quốc hội trong tuần này‖ Tuy nhiên, ông lưu ý ―rất có thể là mọi người sẽ phải chờ tới năm 2009 mới có tiền tài trợ cho khoa học nhiều hơn‖

Hamish Johnston (physicsworld.com, 08/05/2008)

Neil Turok được chọn làm nhà lãnh đạo Viện Perimeter

Nhà vũ trụ học Neil Turok sẽ là giám đốc điều hành tiếp theo của Viện Vật lí lí thuyết Perimeter của Canada vào tháng 10 tới Turok, hiện là trưởng khoa Toán Lí tại trường đại học Cambrigde ở Anh, đã mô tả động thái trên là ―cơ hội của một đời người‖ và nói với

physicsworld.com rằng ông có kế hoạch làm cho học viện trở thành ―trung tâm hàng đầu thế giới

về vật lí lí thuyết‖

Viện Perimeter (PI) được thành lập năm 1999 bởi Mike Lazaridis, nhà quản trị của Research in Motion – công ti sản xuất các thiết bị cầm tay không dây Blackberry Tọa lạc ở Waterloo, Ontario, và là ngôi nhà cho hơn 60 nhà nghiên cứu cư trú, học viện tập trung vào những câu hỏi cơ bản trong những lĩnh vực như vũ trụ học, vật lí hạt và hấp dẫn lượng tử Giám đốc điều hành đầu tiên của nó, Howard Burton, đột ngột ra đi vào tháng 6 năm 2007 và nhà vật lí

lí thuyết người Canada Robert Myers hiện đảm nhận vai trò giám đốc tạm thời trong khi học viện tìm nhà lãnh đạo mới

Viễn cảnh mang tính quốc tế hơn

Turok phát biểu với physicsworld.com rằng một trong những mục tiêu của ông là mang

lại cho học viện một ―viễn cảnh mang tính quốc tế‖ hơn bằng cách thu hút ―các sinh viên và nhà nghiên cứu xuất sắc nhất từ khắp thế giới‖

Ông sẽ làm việc với các trường đại học địa phương để mở rộng việc giảng dạy đại học của viện, làm cho nó thành ―chương trình đào tạo tốt nhất về vật lí lí thuyết cơ bản‖ Turok cũng

có kế hoạch cho một ―chương trình tiền-tiến sĩ‖, mời sinh viên chưa tốt nghiệp từ khắp thế giới

và cho họ thấy vật lí lí thuyết được thực hiện như thế nào ―Thường thì các sinh viên chưa tốt nghiệp không sẵn sàng cho công tác nghiên cứu, họ chủ yếu chỉ sẵn sàng vượt qua các kì thi‖, ông nói

Neil Turok Turok đang xem xét sự tự do trí tuệ mà học viện đề nghị ―Cái do Mike [Lazaridis] đã làm là mang lại một hơi thở trong lành mới cho vật lí lí thuyết‖, ông nói

Tầm quan trọng của khoa học cơ bản

Chính Lazaridis nói với physicsworld.com: ―Tôi càng biết nhiều về tiến sĩ Turok, tôi càng

tin chắc rằng ông là người thích hợp để đưa Perimeter sang cấp độ tiếp theo‖ ―Chúng tôi chia sẻ

sự nhận thức sâu sắc về tầm quan trọng của khoa học cơ bản, tầm quan trọng của sự tài trợ cho khoa học cơ bản, và tầm quan trọng của lòng nhân đạo trong việc xúc tiến khoa học cơ bản vì sự tiến bộ của loài người‖, ông thêm

Sinh ở Nam Phi vào năm 1958, Turok đã thành lập Viện Toán học châu Phi ở Cape Town, ủng hộ sự phát triển của toán học và nghiên cứu khoa học và giáo dục trên toàn châu Phi Ngoài nghiên cứu của ông về sự phân cực của nền vi sóng vũ trụ, Turok còn phát triển một mô hình tuần hoàn của vũ trụ cùng với Paul Steinhardt tại Đại học Princeton

Người đồng sự của Turok tại Cambridge, Stephen Hawking, nói về sự bổ nhiệm của ông:

―Sự kết hợp của Neil và PI thật sáng suốt và mang lại hứa hẹn to lớn trong tương lai‖

Hamish Johnston (physicsworld.com, 09/05/2008)

Sự dẫn điện lượng tử hóa ở graphene

Sự dẫn điện lượng tử hóa – theo đó dòng điện chạy qua một dây dẫn thay đổi theo kiểu nhảy bậc, chứ không liên tục – lần đầu tiên đã được nhìn thấy ở các dải graphene rất mỏng Khá phá được thực hiện bởi các nhà vật lí ở Mĩ, họ khẳng định cái sở kiến đầu tiên này là một bước tiến quan trọng hướng tới sử dụng các dải ―nano graphene‖ như thế trong các transistor nhỏ hơn các transistor dùng trong những dụng cụ điện tử hiện nay

Graphene – là tấm cacbon 2D chỉ dày một nguyên tử - có thể có tiềm năng to lớn là chất liệu chế tạo những linh kiện điện tử nhỏ xíu vì nó vừa là chất bán dẫn vừa là chất dẫn điện rất tốt Chỉ dày đúng một nguyên tử, nó nhỏ đến mức bạn có thể muốn, và không giống như nhiều cấu trúc nhỏ xíu khác, graphene tương đối dễ thao tác

Tuy nhiên, graphene là chất bán dẫn ―khe zero‖, nghĩa là không có khe năng lượng giữa các mức năng lượng electron dẫn và hóa trị của nó – và một khe như thế cho phép các chất bán dẫn thông thường như silicon được khai thác để chế tạo transistor và những dụng cụ điện tử khác

Hạn chế với 1D

Một cách tạo ra các khe năng lượng trong chất là chế tạo nó thành một sợi dây cực mỏng sao cho các electron của nó thực sự bị hạn chế chuyển động chỉ theo một chiều Cách này tạo ra một dải mức năng lượng electron cách nhau bởi các khe Nếu hiệu điện thế hai đầu dây đó tăng lên, thì dòng điện sẽ tăng theo kiểu nhảy bậc, vì mỗi mức năng lượng có thể chứa một số lượng nhỏ cố định các electron

Mặc dù sự dẫn điện lượng tử hóa như thế đã từng được đo ở các dây nano bán dẫn và ống nano cacbon, nhưng nó chưa từng được thấy ở các dải nano graphene

Nay Yu-Ming Lin và các đồng sự tại Trung tâm Nghiên cứu TJ Watson của IBM ở New York vừa nhìn thấy hiệu ứng đó ở các dải graphen (arXiv:0805.0035) Các nhà nghiên cứu đã chế tạo dụng cụ nano của họ từ những tấm graphen đơn lớp đặt trên chất nền silica/silicon Các dải nano hẹp 30 nm được tạo ra bằng kĩ thuật khắc chùm electron – một kĩ thuật dùng trong công nghiệp bán dẫn Tính chất điện của các dụng cụ nano sau đó được đo ở những nhiệt độ khác nhau

―Thực tế sự lượng tử hóa sự dẫn điện có thể quan sát thấy trong những dụng cụ dải hẹp của chúng tôi ở nhiệt độ cao tới 80 K cho thấy chúng có chiều rộng đồng đều theo kênh truyền,

và các kênh dẫn có chất lượng tuyệt vời‖, Lin nói ―Hiện tượng này sẽ cho phép các nhà nghiên cứu thu được những hiệu ứng lượng tử đa dạng ở graphene cho nghiên cứu cơ bản và cho các

ứng dụng công nghệ‖, Lin nói với physicsworld.com ―Ví dụ, hành vi dẫn điện lượng tử hóa ở

graphene có thể dẫn tới các toán tử lôgic đa trị ngoài các toán tử lôgic nhị phân thông thường, và

có thể còn được sử dụng cho việc chế tạo các ‗bộ dẫn sóng lượng tử‘ electron 1D‖

Đội nghiên cứu hiện thử tìm hiểu tác động của sự mất trật tự rìa lên hành vi dẫn điện lượng tử hóa của các dụng cụ Các nhà khoa học cũng có kế hoạch chế tạo những kênh dẫn cực hẹp để thu được sự dẫn điện lượng tử hóa ở nhiệt độ phòng – điều cần thiết đối với các dụng cụ thực tế

Belle Dumé (physicsworld.com, 12/05/2008)

Ozone có thể khử sạch các tác nhân khủng bố sinh học

Các bức thư liên tiếp chứa vi khuẩn than gửi tới các cơ quan truyền thông Mĩ cảnh báo cuộc tấn công khủng bố ngày 11 tháng 9 năm 2001 là một cảnh báo nghiêm trọng về tác động tiềm tàng của những kiểu tấn công sinh học Năm người đã chết, hơn 20 người bị nhiễm và ước tính toàn bộ chi phí lau sạch cao tới 1 tỉ đô la

Lí do khiến chi phí khổng lồ là toàn bộ tòa nhà văn phòng phải được phun xịt chlorine dioxide Mặc dù chất tẩy trắng này hiệu quả ở việc tiêu diệt các vi khuẩn như vi khuẩn than, nhưng nó cũng độc hại và vì thế sau cùng thì phải trung hòa đi Do đó, thật khôn ngoan là sử dụng các tác nhân khử trùng vô hại đối với con người Một khả năng là khí ozone (O3) khử hoạt tính các vi khuẩn nguy hại bằng cách oxy hóa cấu trúc tế bào của chúng Thật không may, ozone hòa tan trong nước nhanh chóng phân hủy thành oxygen khiến cho nó không còn hữu ích nữa

Tuy nhiên, nay các nhà khoa học tại Hàn Quốc vừa học được cách kéo dài thời gian sống của ozone bằng cách chế tạo nước acid ―Nước ozone acid có thể sản suất khối lượng lớn từ nước vòi chảy hay nước tinh khiết từ bất cứ nơi nào trên Trái đất‖, Han Sup Uhm tại Đại học Ajou giải thích ―Ví dụ, một kích thước hệ vừa phải có thể tạo ra nước ozone acid ở tốc độ 1 hoặc 2 tấn mỗi phút có thể phun xịt lên khu vực bị nhiễm‖

Tồn tại lâu dài

Trước đây, các nhà khoa học vẫn hoài nghi rằng nguyên nhân khiến ozone phân hủy nhanh dần trong nước là do tương tác của nó với các ion OH- Vì acid ảnh hưởng đến cách nước phân li nên có ít ion OH- hơn so với ion H+, nên việc acid hóa nước ozone làm cho ozone tồn tại

lâu hơn Uhm và các đồng sự đã chứng minh được ozone tồn tại lâu hơn trong nước acid và đi tới một biểu thức giải tích tiên đoán có bao nhiêu vi khuẩn có khả năng bị tiêu diệt với ozone có độ acid, hay pH nhất định (Appl Phys Lett 92 174102)

Các nhà nghiên cứu nhận thấy trong nước trung hòa ở độ pH 7, ―thời gian phân hủy‖ của ozone – thời gian cho phân nửa lượng ozone chuyển hóa thành oxygen – chỉ là 23 phút Tuy nhiên, thêm chỉ một lượng nhỏ acid hydrochloric làm giảm pH xuống 4 làm tăng thời gian phân hủy lên ba giờ

Thời gian phân hủy kéo dài này không chỉ có nghĩa là có nhiều thời gian hơn trong việc

sử dụng nước ozone, mà nó còn có nghĩa là nước ozone giết được nhiều vi khuẩn hơn Biểu thức giải tích của họ tiên đoán rằng nước ozone pH 4 sẽ tiêu diệt vi khuẩn nhiều gấp 25 lần nước ozone trung hòa Tiên đoán này được rút ra với các thí nghiệm sử dụng cả hai loại nước ozone với mầm vi khuẩn

Uhm phát biểu rằng đội của ông đã phát triển nước ozone cho phòng ngừa chống lại các tác nhân khủng bố sinh học như vi khuẩn than, mặc dù có thể có nhiều ứng dụng khác ―Nước ozone acid có thể ứng dụng cho công nghiệp nông sản, hải sản, chăn nuôi để tránh hư hỏng và kéo dài vòng đời của sản phẩm‖, ông nói ―Nó cũng có thể phòng ngừa và điều khiển bệnh tật và sâu hại trong nông nghiệp‖

Jon Cartwright (physicsworld.com, 13/05/2008)

Con tôm bọ ngựa nhìn thấy thế giới phân cực

Mang một cặp kính phân cực vào, thế giới trước mắt bạn có thể thay đổi rất nhiều Bầu trời sáng trở nên tối đi, cho bạn cái nhìn tốt hơn vào các vật ở phía chân trời, và ánh chói từ mặt

hồ nước sẽ tan biến, cho phép bạn nhìn sâu vào trong lòng nó Cái nhìn của bạn được cải thiện vì kính phân cực lọc hết đa số ánh sáng Mặt trời tán xạ đã trở nên bị phân cực khi nó truyền qua bầu khí quyển và phản xạ khỏi các vật xung quanh chúng ta

Các nhà khoa học đã biế trong ít nhất 50 năm qua rằng một số loài côn trùng, giáp xác, nhện và động vật dạng người khác có thể ―nhìn thấy‖ ánh sáng có độ phân cực khác nhau – mà không cần bất kì phương tiện trợ giúp nhân tạo nào Những động vật này có thể còn sử dụng cả khả năng này để định vị, tìm thức ăn và tránh kẻ thù Nhưng các nhà sinh lí học cho rằng khả năng này chỉ đúng đối với ánh sáng phân cực thẳng, trong đó vector điện trường hướng theo một hướng nhất định

Người ta cho rằng những con vật đó không thể nào phát hiện ra ánh sáng phân cực tròn, trong đó vector điện trường quay theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ Niềm tin này chủ yếu dựa trên quan sát rằng có rất ít nguồn ánh sáng phân cực tròn trong tự nhiên, phát hiện ra nó sẽ chẳng có ích gì nhiều và không chắc là có con vật nào đó đã tiến hóa đến khả năng làm được như thế

Ảnh chụp một con tôm bọ ngựa: Hai con mắt kép của nó có thể nhìn thấy ở phía trên hình

Phát hiện đồng thời

Nay Sonja Kleinlogel thuộc Viện Sinh lí học Max Planck ở Frankfurt và Andrew White thuộc Đại học Queensland vừa tiến hành các thí nghiệm trên mắt con tôm bọ ngựa cho thấy làm thế nào loài giáp xác có thể phát hiện đồng thời cả ánh sáng phân cực tròn lẫn ánh sáng phân cực thẳng (PLoS ONE doi:10.1371/journal.pone.0002190)

Phép phân tích mới này làm sống lại một bản báo cáo đưa ra hồi đầu năm nay bởi Kleinlogel và các đồng sự ở Australia và Mĩ rằng con tôm bọ ngựa sống xử sự khác nhau khi phơi ra trước ánh sáng có sự phân cực khác nhau (Current Biology 18 429)

Trong thí nghiệm mới của họ, Kleinlogel và White tiến hành một loạt phép đo trên con mắt lấy từ con tôm bọ ngựa Những sinh vật này có hai con mắt kép hình cầu, mỗi con mắt gồm hàng trăm mắt nhỏ hơn tổ chức thành ba cấu trúc con – hai bán cầu cách nhau bởi một dải giữa

Đội nghiên cứu chiếu ánh sáng có độ phân cực thẳng và tròn khác nhau lên ba cấu trúc con và đo phản ứng điện của các tế bào thụ quang bên trong Họ phát hiện thấy các tế bào thụ quang trong những bán cầu đó phản ứng với ánh sáng có độ phân cực khác nhau, trong khi dải giữa thì nhạy với ánh sáng phân cực tròn

Các thông số Stokes

Kết quả là đội nghiên cứu khẳng định con tôm có khác nhau phát hiện ra bất kì kết hợp khả dĩ nào của sự phân cực thẳng và tròn Về mặt toán học, điều này có nghĩa là con mắt nhạy với cả sáu thông số cần thiết để xác định sự phân cực của ánh sáng – cái gọi là các thông số Stokes

White phát biểu với physicsworld.com rằng con tôm bọ ngựa phát hiện ra sự phân cực

tròn trong vùng dải giữa này bằng cách trước tiên cho ánh sáng đi qua một tế bào sinh học dường như hoạt động như một ―đĩa một phần tư sóng‖ Đây là dụng cụ quang biến ánh sáng phân cực tròn thành ánh sáng phân cực thẳng Đội nghiên cứu tin rằng ánh sáng này sau đó được phát hiện

ra bởi các tế bào nhạy với ánh sáng phân cực thẳng

Khả năng hình dung ra mọi loại phân cực này cho phép con tôm cảm nhận được những thay đổi rất nhỏ ở sự phân cực, đội nghiên cứu khẳng định, có thể cải thiện tầm nhìn của chúng

về môi trường của chúng ―Một số động vật [con tôm bọ ngựa] thích ăn là trong suốt và khá khó nhìn thấy trong nước biển – trừ khi chúng bọc đầy các hạt đường phân cực – làm cho chúng phát sáng giống như cây thông Giáng sinh xa đến mức những con tôm này chú ý tới‖, Kleinlogel giải thích

Một đội các nhà nghiên cứu khác tại Queensland gần đây đã chỉ ra rằng ánh sáng phản xạ khỏi con tôm bọ ngựa bị phân cực tròn, cho thấy cái nhìn phân cực đã tiến hóa trong quá trình giao phối

Nick Roberts, một nhà sinh lí học tại Đại học Manchester ở Anh, đã mô tả công trình trên

là ―có sức thuyết phục‖ Ông còn chỉ ra rằng phép đo và kĩ thuật phân tích mới lạ của đội nghiên cứu, bao gồm việc sử dụng sáu phép đo để xác định độc nhất vô nhị phản ứng của các phần khác nhau của con mắt, là một đóng góp quan trọng cho việc tìm hiểu sự nhìn ánh sáng phân cực

Thế giới quan của con tôm

Kleinlogel nói rằng đội nghiên cứu hiện đang có kế hoạch chế tạo ―mắt tôm bọ ngựa nhân tạo‖ – một camera có thế giới quan của mắt tôm thuộc Vỉa đá ngầm Lớn của Australia, quê hương của loài giáp xác ―Điều này sẽ mang lại cho chúng tôi một cơ hội lớn để tìm hiểu xem những con vật bé nhỏ này thật sự cảm nhận được gì trong môi trường của chúng‖, bà nói

Hamish Johnston (physicsworld.com, 14/05/2008)

Pulsar dạng đĩa lệch tâm có thể là thành phần của một bộ ba

Một đội các nhà thiên văn quốc tế vừa phát hiện ra một pulsar đôi dường như xử sự rất khác với đa số các hệ đôi đã biết trong thiên hà của chúng ta Lời giải thích có khả năng nhất, theo đội nghiên cứu, là sự hình thành của pulsar đó bao gồm ba ngôi sao chứ không phải hai – hệ đầu tiên như thế đã được phát hiện

Pulsar là các sao neutron đang quay nhanh có tên của chúng từ chùm bức xạ do chúng phát ra, chúng xuất hiện dưới dạng xung đối với nhà quan sát ở trên Trái đất Nhiều pulsar quay tròn quanh một ngôi sao đồng hành và những thiên thể như thế được gọi là pulsar đôi

David Champion thuộc Australia Telescope National Facility và các đồng sự đã sử dụng kính thiên văn vô tuyến Arecibo ở Puerto Rico để nghiên cứu các xung phát ra từ PSR J1903+0327, một pulsar đôi nằm trong đĩa thiên hà của chúng ta và phát hiện bởi đội vào năm

2005 (Science DOI: 10.1126/science.1157580)

Lệch tâm cao

Các xung đi tới Trái đất khoảng mỗi 2,15 ms một lần và bằng cách quan sát pulsar đó hết sức cẩn thận hơn 1,5 năm, đội nghiên cứu đã xác định được quỹ đạo hệ đôi bị lệch tâm cao độ Điều này thật bất ngờ, vì các pulsar đôi khác có chu kì chưa tới 10 ms – gọi là ―pulsar mili giây‖ – có quỹ đạo tròn gần như hoàn hảo Và để làm cho vấn đề thêm khó hiểu, ngôi sao đồng hành thuộc tất cả các pulsar mili giây đã biết là một sao lùn trắng, trong khi PSR J1903+0327 có vẻ bao gồm một ngôi sao giống hệt như Mặt trời của chúng ta

Các nhà thiên văn tin rằng một pulsar mili giây bình thường hình thành từ một hệ đôi gồm một ngôi sao lớn (nặng gấp Mặt trời khoảng tám lần) và ngôi sao kích cỡ bằng như Mặt trời Ngôi sao lớn bùng nổ thành sao siêu mới, để lại một sao neutron quay tròn với chu kì lớn hơn 10 ms và đưa cặp đôi vào một quỹ đạo bị lệch tâm cao

Khi thời gian tiến triển, ngôi sao đồng hành dãn nở trở thành một sao kềnh đỏ và sao neutron bắt đầu hút (hay bồi dần) vật chất từ người bạn đồng hành phồng lên của nó Việc này làm cho cho sao neutron quay nhanh hơn – cuối cùng làm giảm chu kì của nó xuống dưới 10 ms – và làm cho quỹ đạo hệ đôi càng lúc càng tròn hơn Cuối cùng, ngôi sao đồng hành trở thành một sao lùn trắng, sự bồi tụ dừng lại, và cặp đôi làm thành một pulsar đôi mili giây với quỹ đạo tròn gần như hoàn hảo

Ba lời giải thích khả dĩ

Tuy nhiên, PSR J1903+0327 không phù hợp với khuôn mẫu này và đội nghiên cứu đưa

ra ba lời giải thích khả dĩ Cách giải thích thứ nhất và kém thỏa mãn nhất là vật thể đó đơn giản

là một pulsar đôi rất trẻ - nhưng đang quay nhanh Tuy nhiên, tuổi của một pulsar có thể xác định bằng tốc độ mà chu kì của nó tăng lên, và những phép đo như thế cho thấy hệ đôi này quá già đối với lời giải thích kiểu này

Khả năng thứ hai là pulsar đó hình thành theo một kiểu bình thường trong một cụm sao hình cầu – một vùng có mật độ sao tương đối cao – trong đó lực hút hấp dẫn của các vật thể lân cận làm cho sao neutron đang quay tròn bị vọt ra khỏi cụm, mang theo một bạn đồng hành kiểu Mặt trời cùng với nó Tuy nhiên, không có bằng chứng nào của một cụm sao hình cầu ở gần đó

và Champion tin rằng có nhiều nhất là 10% cơ hội đây là điều đã xảy ra

Cách giải thích có khả năng nhất, theo Champion, là pulsar đó sinh ra trong một bộ ba sao Hai trong số ba ngôi sao này hình thành nên một pulsar mili giây, trong khi trường hấp dẫn của ngôi sao thứ ba – và ngôi sao kiểu Mặt trời xa hơn – hợp lại làm cho quỹ đạo bị lệch tâm cao Một biến thể trên cách giải thích này là ngôi sao lùn trắng đồng hành từ đó hoàn toàn bị phá hủy bởi sao neutron, để lại sao neutron ở quỹ đạo lệch tâm cao xung quanh ngôi sao kiểu Mặt trời

Đội nghiên cứu hiện có kế hoạch tiến hành thêm các quan sát để có được sự hiểu biết tốt hơn về hệ thống đó Một phép đo quan trọng phải được thực hiện, theo Champion, là xác định xem sao neutron đang quay tròn có phải đang quay xung quanh ngôi sao kiểu Mặt trời hay không, hay một vật thể khác như một sao lùn trắng Việc này đòi hỏi phải sử dụng những chiếc kính thiên văn quang học lớn như Gemini hay VLT

Hamish Johnston (physicsworld.com, 15/052008)

Một bức thư của Einstein được bán với giá kỉ lục

Bức thư Einstein gửi cho Eric Gutkind

Một bức thư do Albert Einstein viết vào năm trước khi ông qua đời đã được bán với mức giá gây sửng sốt 170.000 bảng Anh tại một phiên đấu giá ở London vào hôm 15/05 Bức thư trước nay không được ghi lại, mất 50 năm nằm trong một bộ sưu tập cá nhân, gồm một trao đổi quan điểm của Einstein về tôn giáo, mang lại chất liệu mới cho cuộc tranh luận xem ông có tin hay không tin vào Chúa Người ta cho rằng nó đem về từ 6000 đến 8000 bảng Anh

Bức thư ít được biết tới, được viết bằng tay bằng tiếng Đức, do nhà vật lí lỗi lạc hạ bút vào năm 1954, ở tuổi 74, trong khi ông đang sống tại Princeton ở Mĩ Nó được ghi địa chỉ gửi tới người bạn của ông là nhà triết học người Do Thái Eric Gutkind, trình bày quan điểm của Einstein

khi đọc cuốn sách mới xuất bản gần đó của Gutkind: Choose Life: The Biblical Call to Revolt

Như vậy, nó hé mở một số suy nghĩ của ông về tôn giáo Ví dụ, ông phát biểu trong bức thư, ―Từ chúa đối với tôi không gì hơn là sự biểu hiện và là sản phẩm của sự yếu đuối của con người, Kinh thánh là một bộ sưu tập đáng giá, còn những huyền thoại cổ xưa tuy thế lại khá ngây thơ‖ Và, mặc dù từ nền tảng Do Thái, ông viết, ―Đối với tôi, đạo Do Thái giống như tất cả các tôn giáo khác là hiện thân của sự mê tín ngây thơ nhất Và người Do Thái mà tôi vui vẻ nằm trong số đó và với tư chất mà tôi có, tôi thấy không có sự khác biệt về chất nào giữa tôi và tất cả những người khác‖

Những câu nói nổi tiếng ám chỉ tới tôn giáo