Ban tin vat ly thang 04 nam 2008

Kể từ khi các hợp chất của đồng ôxit hay “cuprate” lần đầu tiên được phát hiện biểu hiện sự siêu dẫn ở nhiệt độ cao trên không độ tuyệt đối vào giữa những năm 1980, các nhà vật lí đã cố[r]

Trần Nghiêm (hiepkhachquay)

nghiemth17617@kiengiang.edu.vn

Kiên Giang, tháng 4/2008

Bản tin Vật lí tháng 4/2008

Phát hiện ra chất “siêu điện môi”

Một đội các nhà nghiên cứu quốc tế vừa phát hiện ra cái mà họ mô tả là mặt ngược lại của chất siêu dẫn – một chất “siêu điện môi” giữ vô hạn định điện tích

Christoph Strunk thuộc đại học Regensburg ở Đức, nơi có đội nghiên cứu bao gồm Valerii Vinokur thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne ở Mĩ và các đồng sự khác đến từ Đức,

Mĩ, và Bỉ, nhận thấy trạng thái đó trong những màng mỏng titanium nitride làm lạnh xuống hướng không độ tuyệt đối trong một từ trường Mặc dù chất đó thường là chất siêu dẫn, trong đó dòng điện có thể truyền đi mà không bị cản trở, nhưng đội nghiên cứu nhận thấy trong những điều kiện này, điện trở của chất tăng lên vô hạn (Nature 452 613)

“Vào thập niên 1990, điều trở nên hiển hiện trong một số phép đo là sự chuyển tiếp pha lượng tử - nghĩa là, sự chuyển tiếp giữa hai trạng thái có trật tự tại 0 Kelvin – là một nơi thích hợp cho việc tìm kiếm những trạng thái có trật tự mới”, theo Stephen Julian, một nhà vật lí nhiệt

độ thấp tại đại học Toronto, Canada “[Nghiên cứu] này dường như là một thí dụ khá bất ngờ và tuyệt vời của điều sau đây: một chất siêu điện môi ở ranh giới giữa chất điện môi bình thường và trạng thái siêu dẫn cơ bản”

Vũng lầy siêu dẫn

Trong chất siêu dẫn, sự thiếu điện trở phát sinh do các electron kết hợp với nhau thành cặp gọi là cặp Cooper Các cặp này hoạt động tập thể, chuyển động như một thực thể lượng tử độc thân Tuy nhiên, khi một chất siêu dẫn bay hơi vào một màng dạng hạt, thì thực thể đó trở nên chia cắt Sự mất trật tự mạnh mẽ buộc các cặp Cooper vào những “vũng lầy” cô lập cách nhau bởi những miền cách điện gọi là tiếp giáp Josephson, và từng cặp Cooper chỉ có thể đi qua giữa các vũng lầy bằng sự chui hầm lượng tử

Các nhà vật lí trước đây đã tìm thấy, ở rất gần không độ tuyệt đối, các miền cách điện có thể trở nên bị tắc điện tích, chặn dòng điện lại Nhưng Strunk, Vinokur và các đồng sự vừa tìm thấy rằng, cho từ trường 0,9 T, màng titanium nitride của họ tiếp tục trạng thái dẫn zero này đến

cỡ 70 mK

Để giải thích sự siêu cách điện này, trong đó dòng điện bị chặn lại cả ở nhiệt độ có hạn, đội nghiên cứu cho rằng vai trò của điện tích và từ thông trở nên đổi chỗ cho nhau Trong pha siêu dẫn, từ trường thâm nhập vào chất thành lượng tử gọi là xoáy, chúng quay theo hướng xen

kẽ Các cặp Cooper tự do lan truyền xoáy bằng cách chui hầm giữa các vũng lầy

Nhưng trong pha siêu cách điện, vai trò của điện tích và xoáy bị đổi chỗ Các xoáy luân chuyển các cặp điện tích trái dấu liên kết, làm ngăn cản dòng điện chạy “Một chất siêu điện môi không thể xuất hiện mà không có sự tồn tại sự siêu dẫn cũng trong màng đó”, Vinokur giải thích

“Đó là lí do vì sao chúng tôi quy cho sự siêu cách điện là mặt ngược lại của sự siêu dẫn”

Dự trữ điện tích

Vinokur nói với physicsworld.com rằng hiện tượng đó có thể khai thác để chế tạo các

“pin” lí tưởng, vì một chất siêu điện môi – đồng thời chặn sự truyền tải điện tích – không bao giờ

để cho điện tích thoát ra “Vẫn còn là một chặng đường dài để thương mại hóa các dụng cụ”, ông nói “Tuy nhiên, như thường lệ, tốc độ phát triển công nghệ khó mà đoán trước được”

Tuy vậy, đội nghiên cứu có thể đối mặt với một số vấn đề gần trước mắt hơn trong việc làm cho công trình của họ được chấp nhận bởi các nhà vật lí vật chất hóa đặc khác “Cách hiểu lí thuyết [của chúng] vẫn nằm dưới sự tranh cãi nặng nề”, theo Paul Mueller thuộc đại học Erlangen-Nuernberg ở Đức “Theo tôi, dường như cộng đồng cần chút ít thời gian để làm quen với chất liệu này”

Jon Cartwright (physicsworld.com, 02/04/2008)

Tia vũ trụ có gây ra sự biến đổi khí hậu ?

Ủy ban liên chính phủ về sự biến đổi khí hậu (IPCC) vừa công bố một báo cáo quan trọng trong năm 2007 nói rằng đa số sự ấm lên của Trái đất trong hơn 50 năm qua là do bàn tay con người Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu tin rằng những sự thay đổi nhiệt độ quan sát thấy thay

vì vậy có thể chủ yếu bị gây ra bởi các dao động trong những hiện tượng tự nhiên – trong đó có

sự thay đổi luồng tia vũ trụ thiên hà chạm tới bầu khí quyển của Trái đất

Nay, hai nhà vật lí hạt ở Anh khẳng định đã chỉ ra được có một chút bằng chứng cho thấy các dao động ở thông lượng tia vũ trụ ảnh hưởng đến khí hậu Trái đất – mặc dù một nhóm nghiên cứu ở Ukraine tin rằng một mối liên hệ như thế có thể giải thích các khuynh hướng nhiệt

độ lâu dài

Tia vũ trụ và các đám mây

Ý tưởng tia vũ trụ - các hạt năng lượng cao bắn phá Trái đất từ không gian đến – có thể đang ảnh hưởng đến khí hậu Trái đất được đặt ra bởi nhà vật lí Hendrik Svensmark thuộc Viện Nghiên cứu Không gian Đan Mạch ở Copehagen và các đồng sự vào cuối những năm 1990 Svensmark tìm thấy các dao động trong đám mây toàn cầu bao phủ ở độ cao lên tới 3 km, như tiết lộ bởi số liệu vệ tinh từ năm 1983 về sau, tương quan gọn gàng với thông lượng tia vũ trụ tới

đo bằng máy đếm neutron đặt trên khắp thế giới Hơn nữa, những dao động này phù hợp các thay đổi ở hoạt động vết đen Mặt trời, chúng biến thiên trên chu kì 11 năm, với cực đại trong hoạt động vết đen Mặt trời, xuất hiện khoảng năm 1990, tương ứng với cực tiểu ở tia vũ trụ tới và mức bao phủ của những đám mây tầm thấp

Svensmark và các đồng sự đề xuất rằng hoạt động Mặt trời càng mạnh, làm cho Mặt trời phát ra càng nhiều số lượng hạt tích điện (gió Mặt trời), làm giảm thông lượng tia vũ trụ đi đến Trái đất từ những nơi khác trong thiên hà của chúng ta, vì từ trường tăng lên của gió Mặt trời làm lệch nhiều hơn trong số chúng ra khỏi hành tinh của chúng ta Bởi vì, ông khẳng định, các tia vũ trụ này làm ion hóa khí quyển và các giọt nước khi đông đặc lại thành các ion, nên sự giảm thông lượng tia vũ trụ sẽ dẫn đến sự giảm bao phủ mây Sự bao phủ mây càng thấp, ông nói, khi đó sẽ,

ở trạng thái cân bằng, làm cho Trái đất nóng lên

Sai số đáng kể

Tuy nhiên, sai số lớn trong lí thuyết của Svensmark có nghĩa là IPCC không tính đến tia

vũ trụ là một nguyên nhân có khả năng của sự biến đổi khí hậu trong báo cáo của họ công bố hồi năm ngoái

Nay, nghiên cứu mới bởi Terry Sloan thuộc đại học Lancaster và Arnold Wolfendale thuộc đại học Durham vừa mang thêm nghi ngờ hơn nữa lên mối liên hệ giữa thông lượng tia vũ trụ và sự bao phủ mây (Environ Res Lett 3 024001) Đôi nghiên cứu nói rằng mối tương liên quan sát thấy giữa tia vũ trụ và sự bao phủ mây không ngụ ý rằng sự biến thiên ở cái trước gây ra

sự biến thiên ở cái sau Họ đi đến kết luận này sau khi tìm kiếm mối tương liên giữa hai thông số

có thể quan sát ngoài số liệu trung bình toàn cầu đơn giản từ chu kì vết đen Mặt trời

Không có mối tương liên nào như thế

Thứ nhất trong hai mối tương liên như thế mà họ tìm kiếm là quan hệ giữa thông lượng tia vũ trụ và mức bao phủ mây ở những vĩ độ từ khác nhau Tia vũ trụ thiên hà còn bị làm lệch bởi từ trường riêng của Trái đất, nhưng sự lệch này ở hai cực ít hơn ở xích đạo, cho nên ảnh hưởng trọn vẹn của sự thay đổi gió Mặt trời được cảm thấy và vì thế “sự ngập tràn” trong luồng tia vũ trụ tại thời điểm cực đại Mặt trời ở đây rõ ràng hơn Sloan và Wolfendale đã khảo sát xem

có một sự biến thiên tương ứng trong sự bao phủ mây nằm trong vĩ độ từ hay không, nhưng tìm không thấy gì Họ còn khảo sát xem có những đợt bùng phát bất ngờ hay sự suy giảm thông lượng tia vũ trụ, chúng thật sự xảy ra trong chu kì Mặt trời, đi cùng với sự tăng hay giảm sự bao phủ mây thấp hay không Một lần nữa, họ tìm thấy không có mối tương quan nào như thế cả

Khi tiến hành phân tích thống kê trên mối tương liên thứ nhất của họ, các nhà nghiên cứu Anh kết luận rằng không hơn 23% sự suy giảm bao phủ mây thấp toàn cầu tại thời điểm cực đại Mặt trời năm 1990 gây ra bởi thông lượng tia vũ trụ thấp hơn, cho thấy có tất cả những loại hiệu ứng khác có thể tính đến Họ tin rằng phân tích của họ có thể sử dụng bởi các nhà khí hậu học để đặt giới hạn trên lên sự tác động của tia vũ trụ đối với sự ấm lên toàn cầu “Chúng tôi vừa chỉ ra rằng Svensmark không có cơ sở để thách thức IPCC”, Sloan nói

Mối liên hệ trực tiếp?

Tuy nhiên, Sloan và Wolfedale không phải là những nhà vật lí duy nhất gần đây đã hướng sự chú ý của họ sang giả thuyết tia vũ trụ Vitaliy Rusov thuộc đại học Bách khoa quốc gia ở Odessa, Ukraine và các đồng sự không đồng ý với quan điểm của IPCC rằng con người là

thủ phạm của sự ấm lên gần đây Để chứng minh quan điểm của họ, họ đi tìm một mối liên hệ trực tiếp giữa thông lượng tia vũ trụ và nhiệt độ

Đội nghiên cứu đã xây dựng một mô hình khí hậu Trái đất trong đó những thông số vào đáng kể duy nhất là sự biến thiên công suất phát của Mặt trời và sự biến thiên thông lượng tia vũ trụ thiên hà (arXiv: 803.2765) Họ tìm thấy sự tiến triển theo dự đoán của mô hình về nhiệt độ bề mặt Trái đất trong hơn 700.000 năm qua phù hợp tốt với số liệu nhiệt độ ủy thác thu nhặt từ lõi băng Nam Cực (arXiv: 0803.2766)

Rusov đồng ý rằng cơ chế ion hóa tia vũ trụ của Svensmark không thể nào giải thích trọn vẹn cho mối tương liên quan sát thấy giữa thông lượng tia vũ trụ và sự bao phủ mây, như Sloan

và Wolfendale đã chứng minh Nhưng ông tin rằng một mối tương quan nhỏ nhưng trực tiếp giữa tia vũ trụ và những đám mây tự nó có thể làm phát sinh một cơ chế làm thay đổi hơn nữa, và lớn hơn nữa, ở sự bao phủ mây

Edwin Cartlidge (physicsworld.com, 03/04/2008)

Sự cắt giảm ngân sách

đe dọa vai trò của nước Anh tại LHC

Khi các nhà vật lí trên khắp thế giới hào hứng chờ đợi sự vận hành của Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) tại CERN vào cuối năm nay, thì các nhà nghiên cứu Anh làm việc với hai trong số bốn máy dò hạt khổng lồ của cỗ máy va chạm đang phải đấu tranh để ngăn chặn sự cắt giảm ngân quỹ sẽ làm hạ thấp vai trò của họ trong dự án châu Âu nhiều tỉ đô la và có lẽ còn gây nguy hại cho sự vận hành của các máy dò hạt

“Chúng tôi phải ở vào thứ bậc cao ngay lúc này”, theo Nick Brook thuộc đại học Bristol, người đã làm việc cho thí nghiệm LHCb trong hơn 10 năm “Thay vì vậy, chúng tôi đang đối mặt với một cuộc tranh cãi vất vả từ đó chúng tôi phải thuyết phục ông chủ của mình rằng đồng

ý và đánh giá ngang hàng các mục tiêu khoa học là đầu tư tiếp tục có giá trị”

Trong sự xét lại chương trình khoa học của mình công bố vào hôm 28/02, Ủy hội Thiết bị Khoa học và Công nghệ (STFC), cơ quan tài trợ cho mọi dự án vật lí và thiên văn học của nước Anh, xếp hạng các thí nghiệm LHCb và ALICE tương ứng là ưu tiên “trung bình thấp” và “thấp” LHCb được thiết kế để nghiên cứu meson B và giúp các nhà nghiên cứu tìm hiểu sự bất đối xứng vật chất – phản vật chất của vũ trụ, còn ALICE sẽ tái tạo một trạng thái thái cực của vật chất gọi

là plasma quark-gluon được cho là đã tồn tại ngay sau Big Bang

Thâm hụt 80 triệu bảng

Là kết quả của sự xếp hạng nghèo, tiền tài trợ cho hai thí nghiệm có thể bị cắt bớt để giúp

bù đắp lỗ trống 80 triệu bảng trong ngân quỹ STFC xuất hiện hồi cuối năm ngoái Ủy hội cho cộng đồng thời gian đến 21/03 để phản ứng, và chừng 1400 lá thư và email đang được đánh giá bởi 10 ủy ban, mỗi ủy ban phụ trách một lĩnh vực nhất định của nền khoa học STFC

Nam châm chính của thí nghiệm LHCb đang được xây dựng tại CERN Tại cuộc họp “mở rộng” tổ chức vào hôm thứ ba tại hội nghị vật lí năng lượng cao thường niên của Viện Vật lí ở Lancaster, Anh, Val Gibson thuộc đại học Cambridge, người là nhà nghiên cứu chủ đạo của đất nước về thí nghiệm LHCb, đã kêu gọi phân loại lại thí nghiệm là

ưu tiên “cao”

“STFC không khẳng định nó ủng hộ cho nền khoa học hàng đầu thế giới trong khi xếp loại LHCb là ưu tiên trung bình thấp”, Gibson phát biểu trước thính phòng đông nghịt người Phát biểu của bà, là một trong nhiều phát biểu chỉ trích cách thức STFC xử lí hoàn cảnh tài trợ, đứng đầu danh sách một vài lá thư lời lẽ đanh thép do hơn 400 người kí tên ủng hộ cho thí nghiệm đó

Các nhà vật lí hạt đồng ý rằng sự cắt giảm dự án là không thể tránh được, nhưng có nhiều nghi vấn về cách thức xếp hạng các dự án Cùng với quyết định đột ngột của ủy hội hồi tháng 12 rằng nước Anh rút khỏi Máy Va chạm Thẳng quốc tế (thí nghiệm lớn kế tiếp trong vật lí hạt sau LHC), một số nhà nghiên cứu đã mất niềm tin vào sự điều hành của STFC và e ngại vị thế quốc

tế của nước Anh trong nền vật lí hạt đang bị phá hỏng

Ngân quỹ có hạn

Cùng với ILC, STFC còn rút lại tài trợ cho các thí nghiệm vật lí Mặt trời trên mặt đất và còn vứt tư cách thành viên của nước Anh ra khỏi đài quan sát Gemini Quyết định thứ hai ở trên

đã bị đảo ngược, một phần nhờ sự phản đối mạnh mẽ từ phía cộng đồng (Thật vậy, tình hình cho ILC cũng tốt hơn so với 3 tháng trước đây, với tiền tài trợ “khác không” đã được phân bổ cho một chương trình tối thiểu về nghiên cứu máy va chạm thẳng nói chung) Các nhà thiên văn hiện đang cố gắng đảm bảo cho tương lai của Đài quan sát Jodrell Bank là kết quả của dự án kính thiên văn vô tuyến eMerlin bị xếp vào hàng “ưu tiên thấp” như ALICE

LHC là máy gia tốc hạt mạnh nhất từng được xây dựng, và sẽ nện các proton vào nhau ở những năng lượng chưa từng thấy trong ít nhất một thập niên Hai máy dò hạt lớn nhất của nó – ATLAS và CMS, sử dụng hơn 4000 thành viên của khoảng 200 viện nghiên cứu ở Anh – được xếp hạng “ưu tiên cao” bởi ủy ban khoa học vật lí hạt, thiên văn học và vật lí hạt nhân (PPAN)do STFC bổ nhiệm Đây chủ yếu là vì tiềm năng của chúng phát hiện ra những hiện tượng mới, như boson Higgs hay sự siêu đối xứng, và tiền quỹ cấp của chúng là đảm bảo 100%

John Womersley, giám đốc Các Chương trình Khoa học STFC

Hệ thống ghi bàn số

“Vì các dự án LHC trở thành bộ phận quan trọng trong chương trình của chúng ta, nên chúng ta phải nhìn nhận tinh tế hơn vào sự khác biệt giữa chúng và xem xét mức ưu tiên đầu tư”,

giám đốc Các chương trình Khoa học STFC John Womersley nói với physicsworld.com Mặc dù

STFC từ chối công bố chi tiết của hệ thống ghi điểm số mà PPAN sử dụng để xếp hạng các dự

án, nhưng nền vật lí mà LHCb sẽ tạo ra “là không trông đợi có tác động cao như các máy dò hạt mục đích chung LHC”

Tuy nhiên, trong khi còn bàn cãi về sự xếp hạng ATLAS và CMS, nhiều nhà vật lí hạt không hiểu tại sao LHCb (có khoảng 100 thành viên người Anh) và ALICE (có một tá hay ngần ấy) không được xếp vào nhóm “trung bình cao” cao thứ hai Như trình bày trong một lá thư gửi cho STFC từ ban điều hành LHCb, nó không đặt ở Anh, điều này dường như mâu thuẫn với phát

biểu riêng của STFC rằng “khai thác trọn vẹn LHC” là một trong những hoạt động tương lai quan trọng nhất của nó

“STFC đã thất bại trước việc tìm hiểu tiềm năng khám phá của LHCb”, theo Gibson, cho rằng thí nghiệm đó có lẽ còn là thí nghiệm đầu tiên tìm thấy các hạt mới thông qua các hiệu ứng

cơ lượng tử tinh tế mà chúng có trên tính chất của meson B Ở mức độ thực tiễn, bà nói, sự cắt giảm 10% ngân quỹ có thể làm giảm tài nguyên cho phân tích số liệu (ví dụ các sinh viên và nghiên cứu sinh) đi 25% Hơn nữa, do nước Anh xây dựng và chịu trách nhiệm vận hành cho hai trong số các máy gia tốc bên trong của LHCb, nên sự thiếu chuyên gia người Anh có thể làm giảm hiệu quả của thí nghiệm

Sự cắt giảm tài trợ cho ALICE có thể có những hệ quả tương tự như vậy Đây là vì, trong khi nhỏ thôi, nhóm người Anh chịu trách nhiệm “bóp cò” sẽ kiểm tra các va chạm LHC để xem chúng có là kết quả đáng giá hay không “Thật là điên khi rút lui ở giai đoạn này vì nó có nghĩa

là thí nghiệm sẽ không chạy trong năm đầu tiên”, theo nhà lãnh đạo nhóm, David Evans, thuộc đại học Birmingham “Nó giống như mua một chiếc xe hơi đời mới và bỏ nó ngoài đồng cho rỉ sét vì bạn không có đủ tiền đổ xăng cho nó”

Chuyển động về phía trước

Jenny Thomas thuộc đại học College London, thành viên của Ban Khoa học của STFC, chỉ ra rằng trong khi cộng đồng đã thể hiện rất nhiều sự giận dữ về sự xét lại mang tính lập trình sẵn, thì thật bất ngờ trước những giải pháp cho vấn đề tài trợ “Tài trợ cho ATLAS hay CMS có

bị mặc cả hay không [như một số nhà nghiên cứu đề xuất], không có lí do gì tại sao những số tiền đó phải triển khai cho LHCb chứ không phải một dự án thiên văn học hay thiên văn vật lí”,

bà phát biểu tại cuộc họp Lancaster, mang thêm những câu chuyện tiêu cực cho báo chí chẳng giúp được gì cho ai

Womerley tán thành “Điều cần nói ra đã nói ra và lưu ý, và chẳng thu được gì nhiều khi

lặp lại nó liên tục”, ông nói với physicsworld.com “Trong khi chúng ta không thể tăng thêm

lượng tiền sẵn có, chúng ta có thể khai thác các thứ như truyền thông và đảm bảo chúng ta thực hiện công việc lắng nghe tốt hơn” Nhiều người trong cộng đồng đã nản chí với sự thiếu rõ ràng trong việc đưa ra quyết định của ủy hội, viện dẫn hoạt động tự do thông tin của nước Anh để thu lấy các biên bản họp

Một vài nhân vật thâm niên – trong đó có giám đốc châu Âu của dự án ILC Brian Foster

và Dave Wark thuộc Imperial College (người có thí nghiệm neutrino, T2K, bị xếp hạng thấp hơn

so với ông ta muốn) – còn yêu cầu cộng đồng chấp nhận tình trạng ngân quỹ và chuyển sang nắm lấy kỉ nguyên LHC Mức độ dễ sẽ tùy thuộc vào kết quả của quá trình thăm dò ý kiến Mỗi một trong số 10 ủy ban sẽ báo cáo phản hồi vào tháng 5, và PPAN khi đó sẽ phân loại các báo cáo và đưa ra khuyến nghị sửa lại lên Ban Khoa học Ban quản trị STFC khi đó sẽ xem xét đề xuất cuối cùng và nhắm tới công bố ngân quỹ vào đầu tháng 7

“Chúng tôi sẽ cố làm tốt nhất công việc của mình”, theo chủ tịch ban vật lí hạt Steve Lloyd thuộc đại học Queen Mary, người đang đảm nhận công việc nặng nhọc là chưng cất 100

hay ngần ấy phản hồi – phân nửa trong số đó đề cập tới LHCb “Nhưng đừng nên trông mong vào điều kì diệu”

Matthew Chalmers (physicsworld.com, 03/04/2008)

Máy dò neutron phát hiện ra thuốc nổ

Một đội nhà khoa học Nga vừa thiết kế ra một dụng cụ mà họ khẳng định sẽ mang lại một phương pháp nhanh chóng và dễ dàng phát hiện ra thuốc nổ, thuốc và các chất trái pháp luật khác giấu bên trong những không gian khép kín như xe tải và container tàu thủy Dụng cụ sẽ cung cấp ảnh 3D và thông tin về thành phần hóa học của chất bên trong xe bằng cách bắn phá chất đó với các neutron, cho phép chính quyền đấu tranh với bọn tội phạm và khủng bố mà không cần các thủ tục kiểm tra thủ công tốn kém và mất thời gian

Mẫu thiết kế, sáng tạo bởi các nhà nghiên cứu tại Viện Vật lí Chất rắn, Liên Viện Nghiên cứu Hạt nhân, và công ti Aspect, cả ba đều nằm gần Moscow, bao gồm việc nhận deuteron (hạt nhân gồm một neutron và một proton) từ chất khí deuterium áp suất cao và gia tốc chúng trong ống sapphire Các deuteron này va chạm với bia tritium, tạo ra các neutron năng lượng cao đi ra khỏi ống, đâm xuyên qua bất kì lớp vỏ bọc nào và tương tác với hạt nhân chất nằm dưới sự kiểm tra Tia gamma tạo ra trong tương tác này khi đó được phát hiện bằng loạt máy dò sợi quang phát sáng nhấp nháy

Quỹ đạo giao nhau

Dụng cụ này, theo các nhà nghiên cứu, sẽ tạo ra một ảnh 3D của nội dung của container, với độ phân giải vài centi mét, và nhận ra thành phần hóa học khác nhau của chúng – cho phép thanh tra viên, chẳng hạn, nhận ra heroin hay thuốc nổ trinitrotoluene bên trong các túi đường Ảnh được tạo ra bởi sự giao cắt quỹ đạo của từng tia gamma phát ra với quỹ đạo của neutron liên đới của nó Mặc dù hướng và tốc độ của từng neutron không thể đo trực tiếp, nhưng dữ liệu này được khai thác bằng cách dò tìm các hạt alpha phát sinh sát theo từng quỹ đạo neutron và đi ra khỏi bia tritium theo hướng ngược lại Trong khi đó, thành phần hóa học được tiết lộ bởi năng lượng của tia gamma phát ra, vì năng lượng này phụ thuộc hoàn toàn vào nguyên tố nào có liên quan trong tương tác

Những máy dò hạt gốc neutron như thế đã được chế tạo bởi những nhóm nghiên cứu khác trong quá khứ Họ đã gặp bất lợi là các thanh tra viên phải giữ khoảng cách của họ trong suốt quá trình chiếu xạ Ngoài ra, theo Dennis Slaughter thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore ở Mĩ, người đã phát triển một dụng cụ như thế, thì những loại máy dò này thỉnh thoảng gặp rắc rối với việc phân biệt thuốc nổ và những chất thông thường như len, da thuộc và nhiều hydrocarbon, vì tỉ lệ tương đối của hydrogen, carbon và oxygen trong từng chất khá giống nhau

Cấu trúc tinh thể

Nikolai Klassen thuộc Viện Nghiên cứu Chất rắn, một thành viên của đội nghiên cứu người Nga, thừa nhận sự bình phẩm của Slaughter, nhưng ông chỉ ra rằng dụng cụ mới, ngoài việc nhận ra thành phần hóa học của bất kì chất nào, cũng sẽ có thể nhận ra cấu trúc tinh thể qua

sự tán xạ neutron Ông chỉ ra rằng đặc trưng của hai dạng tinh thể khác nhau của cùng một chất hóa học thường có thể rất khác nhau

Klassen cũng chỉ ra một số thuận lợi mà ông nói dụng cụ của nhóm ông sẽ vượt trên những thiết bị hiện có Một trong những tiện lợi này là tính rắn chắc, vì sapphire có thể gia tốc deuteron lên một năng lượng cho trước trong một quãng đường ngắn hơn chất thạch anh được sử dụng thông dụng hơn – mang lại thể tích tổng cộng chừng 3 – 4 m3, cho phép dụng cụ được đặt vào một xe tải cỡ vừa và chở đi bất cứ nơi đâu cần đến nó Klassen cũng xác nhận rằng dụng cụ của nhóm ông đòi hỏi ít năng lượng hơn và hoạt động nhanh hơn, vì loạt máy dò quang nhấp nháy của nó yêu cầu ít thời gian hơn để quét qua một vật so với hàng máy dò hạt độc thân được

sử dụng cho tới lúc này

Thật đáng tiếc, các nhà nghiên cứu người Nga cần có thêm tiền tài trợ để hiện thực hóa mẫu thiết kế của họ Họ đã xây dựng một phiên bản nguyên mẫu, bắn tia gamma thay cho neutron, nhưng họ vẫn phải hoàn thiện công nghệ cần thiết cho việc chế tạo ống sapphire và loạt máy phát sáng nhấp nháy

Edwin Cartlidge (physicsworld.com, 07/04/2008)

Khảo sát mới đo từ trường bên trong chất rắn

Một kĩ thuật ghi ảnh 3D mới sử dụng neutron vừa được phát minh bởi các nhà vật lí ở Đức Kĩ thuật đó, có thể hình dung ra từ trường bên trong vật khối, là một cải tiến trên các phương pháp từ hiện có hạn chế với các bề mặt Phương pháp có thể tìm thấy ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ và làm sáng tỏ nhiều hiện tượng từ khác nhau trong chất rắn, trong đó có sự siêu dẫn

Neutron là hạt hạ nguyên tử có điện tích tổng cộng bằng không và vì thế có thể đâm xuyên qua các lớp vật liệu dày Chúng cũng có một mômen từ (hay spin) và vi thế nhạy với từ trường Khi toàn bộ spin hướng theo một chiều, thì người ta nói là chùm neutron bị phân cực spin

Momen quay

Nikolay Kardjilov thuộc Viện Hahn-Meitner ở Berlin và các đồng sự đã sử dụng một chùm neutron phân cực phát ra từ một lò phản ứng hạt nhân để chiếu xạ các mẫu vật trong thí nghiệm của họ (Nature Physics doi: 10.1038/nphys912) Khi các neutron đi qua mẫu vật, mômen từ của chúng quay xung quanh từ trường mà chúng gặp phải và hướng spin của chúng thay đổi Các nhà nghiên cứu đo các góc spin khác nhau, chúng phụ thuộc vào cường độ từ trường mà các neutron đi ngang qua

Những góc này khi đó được chuyển thành cường độ bởi một kính phân tích phân cực, đặt phía sau mẫu vật Sau đó, một máy dò nhạy vị trí đo những cường độ này để dựng nên bản đồ từ trường bên trong mẫu vật

“Kĩ thuật ghi ảnh neutron phân cực spin là không phá hủy và không xâm lấn và tốt hơn

các kĩ thuật ghi ảnh 2D truyền thống” Kardjilov nói với physicsworld.com “Phương pháp đó có

thể sử dụng trong nhiều môi trường – ví dụ, ở nhiệt độ cao hay nhiệt độ thấp – và các mẫu vật có thể được nghiên cứu từ hầu như bất kì góc nhìn nào Theo phương pháp này, thông tin 3D về sự phân bố từ trường được tiết lộ”

Từ trường của một nam châm lưỡng cực hình dung bởi các neutron phân cực spin

Megapixel trong hàng phút

Ngoài ra, các phép đo thật là nhanh Mỗi ảnh gồm khoảng một triệu pixel và được chụp trong chỉ hàng giây hay hàng phút tùy thuộc vào mẫu vật Không có phương pháp nào khác có thể cạnh tranh

Kĩ thuật có thể sử dụng cho nghiên cứu sự phân bố thông lượng từ và sự ghép đôi trong các mẫu siêu dẫn, chúng có thể quan trọng cho việc tìm hiểu sự siêu dẫn nhiệt độ cao Thật vậy, các nhà nghiên cứu đã khảo sát từ thông bị bẫy bên trong một ống trụ chì đa tinh thể, một chất siêu dẫn loại I Phương pháp cũng có thể dùng để hình dung ra sự phân bố domain từ trong khối chất sắt từ trong không gian 3D lần đầu tiên

Đội nghiên cứu, gồm các nhà nghiên cứu đến từ Viện Công nghệ Berlin, trường đại học Upbrecht Karls Heidelberg và trường đại học Khoa học Ứng dụng Berlin, hiện đang nghiên cứu cải thiện độ phân giải không gian và thời gian của kĩ thuật của họ “Mục tiêu của chúng tôi là đạt được độ phân giải không gian 50 m trong chỉ vài phút trên mỗi hình”, Kardjilov giải thích Các nhà nghiên cứu cũng hi vọng tăng độ nhạy của phương pháp bằng cách phát triển thêm thuật toán lặp để định lượng kết quả thu được

“Một tiến bộ kĩ thuật đáng chú ý”

Bruce Gaulin, trưởng khoa Vật lí Vật liệu tại trường đại học McMaster của Canada, mô

tả công trình của đội nghiên cứu là “một tiến bộ kĩ thuật đáng chú ý” “Là một phép đo mang tính nguyên lí, nó sẽ cho phép lập bản đồ chi tiết hơn nữa của sự phân bố từ trường trong vật

chất”, Gaulin nói với physicsworld.com

Kardjilov và các đồng sự không phải là đội duy nhất đang phát triển kĩ thuật ghi ảnh dựa trên neutron phân cực spin “Chúng tôi xem những nghiên cứu này là phép thử tiên phong để chứng minh việc ghi ảnh từ tính bằng neutron phân cực”, bình luận của Eberhard Lehmann ở Viện Paul Scherrer ở Thụy Sĩ, người có đội nghiên cứu đang khảo sát một thí nghiệm tương tự nhưng “phức tạp hơn” gọi là “thuật ghi ảnh pha spin neutron” (Nucl Instr Meth A 586 15)

Lehmann đề xuất rằng chùm tia chuyên dụng phát thẳng ra từ các nguồn neutron mạnh thích hợp sẽ giúp cải tiến lĩnh vực ghi ảnh neutron và vì thế cho phép nhiều nghiên cứu công nghệ chi tiết hơn

Belle Dumé (physicsworld.com, 08/04/2008)

Tuyến mồ hôi là những ănten nhỏ xíu

Một nhóm nhà khoa học ở Israel vừa phát hiện thấy tuyến mồ hôi của con người hoạt động giống như những ănten nhỏ xíu, và về nguyên tắc có thể sử dụng để theo dõi từ xa cảm xúc của con người Đấy là vì sự phát xạ của tuyến, nằm trong ngưỡng hạ terahertz, biến thiên theo nồng độ mồ hôi

Con người có vài triệu tuyến mồ hôi, chúng nằm trong lớp giữa của da gọi là hạ bì Khi các tuyến tạo ra mồ hôi, nó được vận chuyển gần 100 m lên lớp mặt, gọi là biểu bì, qua một ống dẫn

Các nhà nghiên cứu cho rằng những ống dẫn này về cơ bản là thẳng, nhưng những ảnh chụp mới đây bằng kĩ thuật xạ kết hợp quang 3D cho thấy chúng thật ra có hình xoắn ốc Vì các ống dẫn mồ hôi được biết là dẫn điện, và vì hằng số điện môi của lớp hạ bì cao hơn hằng số điện môi của lớp biểu bì, nên Yuri Feldman, Aharon Agranat và các đồng sự tại Khoa Vật lí Ứng dụng tại đại học Hebrew ở Jerusalem cho rằng các ống dẫn có thể đóng vai trò ănten xoắn phát ra bức xạ trên ngưỡng tần số rộng

Cho trước chiều dài của ống dẫn, nó chỉ là một phần của một mili mét, cấu trúc có tần số cộng hưởng khoảng 100 GHz, nói cách khác, thuộc vùng terahertz thấp Thật không may, các ion trong ống dẫn chuyển động quá chậm để tạo ra dòng điện biến thiên ở tốc độ này.Vì thế, Feldman và các đồng sự đề xuất rằng sự di chuyển tốc độ cao của điện tích có thể cung cấp bằng một quá trình sinh học phổ biến gọi là “proton nhảy lò cò”, trong đó proton này từ phân tử nước này sang phân tử tiếp theo

Thử và kiểm tra

Nay các nhà nghiên cứu Israel đã kiểm tra giả thuyết này Họ cho bật bức xạ dưới terahertz từ 75 đến 110 GHz khỏi bàn tay của nhiều người và đo cường độ bức xạ phản xạ là hàm của tần số Họ tiến hành thí nghiệm khi những người đó hoàn toàn thư giãn và vào lúc sau

20 phút chạy bộ sôi nổi, tiến hành phép đo tiếp theo khi các đối tượng trở lại trạng thái thư giãn

Họ nhận thấy phổ của cường độ phản xạ cong tập trung vào một chỗ trũng ở khoảng 90 GHz, và chỗ trũng trở nên kém nổi bật hơn khi mọi người thư giãn (Phys Rev Lett 100 128102)

Những kết quả này ủng hộ lí thuyết của họ, vì sự phát xạ bởi các ống dẫn mồ hôi sẽ làm yếu sự phản xạ ở tần số terahertz Thật tế sự làm yếu này nổi bật nhất khi người ta đang đổ mồ hôi đề xuất mạnh mẽ rằng cường độ phát xạ của ống dẫn phụ thuộc vào nồng độ mồ hôi

Để xem điều này đúng hay không, các nhà nghiên cứu đã thực thi những mô phỏng máy tính trong đó các chùm terahertz được gửi qua một bộ phận lí tưởng của da người chứa tám ống dẫn mồ hôi xoắn ốc Vì chỗ trũng trở nên kém nổi bật khi họ tăng thông số dẫn điện – nghĩa là khi họ tăng nồng độ mồ hôi – nên các nhà nghiên cứu kết luận rằng sự đổ mồ hôi làm tăng sự phát xạ terahertz Thật ra, bức xạ terahertz cũng tương quan tốt với phép đo tốc độ xung và áp suất máu

Dấu hiệu của cảm xúc

Feldman đề xuất rằng, về nguyên tắc, các phép đo đồng thời phổ phản xạ của một người tại những bộ phận khác nhau của cơ thể có thể mang lại thông tin về trạng thái cảm xúc của họ

Có một số vùng của cơ thể có mật độ tuyến mồ hôi cao, ví dụ như trán, lòng bàn tay và lòng bàn chân Sự biến đổi tương đối ở sự đổ mồ hôi giữa những vùng khác nhau này biến thiên theo cái làm cho cơ thể đổ mồ hôi – ví dụ, là do nhiệt độ, do kích động hay thực phẩm có gia vị

“Cái chúng tôi vừa trình bày mới chỉ là sự bắt đầu”, theo Feldman và Agranat “Chúng tôi rất chắc chắn rằng thí nghiệm sẽ xác nhận tính hợp lệ của giả thuyết ănten của chúng tôi”

Edwin Cartlidge (physicsworld.com, 08/04/2008)

Kiểm tra sự hấp dẫn lượng tử tại LHC

Tìm kiếm một lí thuyết lượng tử của hấp dẫn đã tránh né các nhà vật lí hàng đầu thế giới trong gần một thế kỉ qua Đồng thời, thách thức toán học đáng quan ngại của việc kết hợp thuyết lượng tử với lí thuyết tương đối rộng của Einstein, những điều kiện thái cực tại đó sự hấp dẫn lượng tử áp dụng - ứng với, ví dụ, 10-43

s đầu tiên của vũ trụ - khiến nó hầu như không thể nào kiểm tra được trong thí nghiệm Ít nhất đó là cái mà các nhà nghiên cứu thường hay nghĩ

Năm 1998, các nhà nghiên cứu nhận thấy thang đo tự nhiên của hấp dẫn lượng tử (thang

đo Planck, ứng với năng lượng 1019

GeV) có thể thấp hơn 15 bậc độ lớn nếu như vũ trụ có các chiều không gian thêm vào độ lớn thật sự của hấp dẫn có thể “rò rĩ” Điều này làm gia tăng triển vọng nghiên cứu sự hấp dẫn lượng tử tại Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) của CERN, các máy

sẽ sớm cho nện các proton vào nhau để tạo ra năng lượng 14 TeV (khoảng 104 GeV)

Lấy sự tồn tại của các chiều lớn thêm vào làm điểm xuất phát, Daniel Litim thuộc đại học Sussex và Tilman Plehn thuộc đại học Edingburgh nay vừa tính được sự hấp dẫn lượng tử sẽ làm thay đổi tốc độ các lepton, như electron và muon, sinh ra trong các va chạm của LHC – và hiệu ứng đó có thể có mặt ở những năng lượng thấp cỡ 6 TeV (Phys Rev Lett 100 131301) Trong khi có hàng trăm bài báo dự đoán sự tồn tại của các chiều lớn thêm vào tại LHC, thì đáng chú ý nhất là việc tạo ra các lỗ đen mini, đa số có sai số lớn và không đưa ra được những tiên đoán định lượng kiểu như thế

Các trường thăng giáng

Sự tiến triển tiên tiến nhất trong lĩnh vực hấp dẫn lượng tử đến từ lí thuyết dây, lí thuyết

mô tả các hạt là sự dao động của các dây 1D dao động trong không gian cao chiều hơn (và là cảm hứng của các mô hình chiều lớn thêm vào) Một cố gắng khác là hấp dẫn lượng tử vòng, lí thuyết làm đảo lộn các quan niệm của chúng ta về không-thời gian ở những cấp độ nhỏ nhất Litim và Plehn tiến hành một cách tiếp cận thông thường hơn bằng cách cho phép “metric” trong thuyết tương đối, cái liên hệ độ cong của không-thời gian với vật chất cục bộ có mặt, thăng giáng như thể nó là một trường lượng tử

Năm 1979, Steven Weinberg thực hiện bài tập này cho hấp dẫn 2D, cho thấy độ lớn của tương tác hấp dẫn giữa hai hạt phụ thuộc vào năng lượng mà những tương tác đó được khảo sát

Hành vi tương tự quan sát thấy đối với tương tác điện từ và tương tác mạnh, chúng được mô tả bằng các lí thuyết trường lượng tử Giống như tương tác mạnh, sự ghép đôi hấp dẫn hóa ra yếu hơn ở những năng lượng lớn

Sử dụng các công cụ tính toán đã phát triển trong hai năm qua, Litim và Plehn nhận ra cùng hành vi đó trong không gian bốn chiều và cao hơn Như vậy, họ tránh được phép tính “phân kì” thường mang lại các tiên đoán không xác định trong các lí thuyết hấp dẫn lượng tử dựa trên các thăng giáng metric “Theo tôi hiểu, đây là lần đầu tiên ảnh hưởng của những thăng giáng này đối với những cái có thể quan sát thấy của LHC đã được tính toán mà không cần đến bất kì giới

hạn phi vật lí nào”, Litim nói với physicsworld.com

Thí nghiệm ATLAS đa năng tại Máy Va chạm Hadron Lớn có thể tìm thấy bằng chứng cho sự hấp dẫn lượng tử

Tính toán những thứ có thể quan sát

Đưa sự phụ thuộc năng lượng của sự ghép đôi hấp dẫn vào tính toán, Litim và Plehn đã đạt đến tốc độ các cặp lepton được tạo ra từ các graviton ảo (hạt “trung chuyển” hấp dẫn do sự thăng giáng của các metric) sinh ra trong những va chạm của LHC Vì tốc độ này được tiên đoán với độ chính xác cao bởi mô hình chuẩn của vật lí hạt, nên bất kì một sự gia tăng nào cũng có thể

là một tín hiệu cho sự hấp dẫn lượng tử Mặc dù hấp dẫn trở nên yếu hơn ở những năng lượng cao, nhưng LHC hóa ra nhạy với hiện tượng hấp dẫn lượng tử này lên tới thang Planck cơ bản TeV Ngoài ra, theo Litim, bản chất kiểm soát tốt của hấp dẫn ở những mức năng lượng cao mang lại một lí thuyết thích hợp của sự hấp dẫn lượng tử

Các nhà nghiên cứu hiện đang khảo sát cách phân biệt một tác dụng do hấp dẫn lượng tử với những tác dụng khác do những lí thuyết khác, như lí thuyết dây hay siêu đối xứng Tuy nhiên, đối với một số người, rất có thể việc quan sát thấy một hiệu ứng như thế là mong manh “Sự tồn tại của các điểm hấp dẫn ổn định [phát sinh do sự biến thiên của sự ghép đôi hấp dẫn với năng

lượng] sẽ làm biến đổi tín hiệu chuẩn cho các chiều thêm vào”, theo JoAnne Hewett thuộc đại học Stanford, người đã tiến hành một tính toán tương tự gần như đồng thời với Litim và Plehn (JHEP 12(2007)009) “Đây là những phép tính tinh vi, nhưng còn lâu nữa mới nối kết được chúng với thực tại”

Matthew Chalmers (physicsworld.com, 09/04/2008)

Việc rút khỏi ILC của nước Anh là dựa trên sự đánh giá ngang hàng

Chính phủ Anh khẳng định quyết định gây tranh cãi rút đất nước ra khỏi các kế hoạch cho Máy Va chạm Thẳng quốc tế (ILC) được thực hiện trên cơ sở một đánh giá ngang hàng Khẳng định của chính phủ được đưa ra trong phản ứng của nó với một đơn kiến nghị trên website Downing Street, do hơn 17.500 người kí tên, kêu gọi thủ tướng Gordon Brown “đảo ngược quyết định cắt bỏ những đóng góp mang tính sống còn của nước Anh cho vật lí hạt và thiên văn học”

Trả lời cho đơn kiến nghị cũng dội nước lạnh lên bất kì tham vọng nào muốn sự cắt giảm tài trợ bị đảo ngược lại Thật vậy, chính phủ khăng khăng rằng không có sự cắt giảm nào ở ngân sách của STFC “Sự cắt giảm đã khẳng định trong ngân sách của STFC hình như phát sinh từ tham vọng của STFC trong sự xét lại chi tiêu toàn diện ba năm thời kì 2008/09 đến 2010/11”, phát biểu đó nói “Những tham vọng này không bao giờ cấu thành nên một tập hợp hoạt động được chấp nhận hay sự tài trợ cho chúng, và đề xuất rằng 80 triệu bảng đã cắt giảm khỏi ngân quỹ của nó là sai lầm”

Thâm hụt tài trợ

Sự rút lui của nước Anh khỏi ILC, tổ hợp thí nghiệm lớn tiếp theo trong vật lí hạt sau Máy Va chạm Hadron Lớn tại CERN, được công bố hồi năm ngoái bởi Ủy hội Thiết bị Khoa học

và Công nghệ (STFC) sau khi tổ chức này bị thâm hụt 80 triệu bảng trong ngân quỹ của mình

Sự rút lui đó đã làm sốc nhiều người trong cộng đồng vật lí hạt, trong đó có Brian Foster thuộc đại học Oxford ở Anh, người là giám đốc Âu châu của nỗ lực thiết kế toàn cầu của ILC Phát biểu với physicsworld.com hồi tháng 2, ông khẳng định rằng ủy hội đã chẳng hề bàn về vấn

đề đó với ông, mà “đưa ra nó như sự đã rồi”

Tuy nhiên, nay chính phủ phát biểu rằng quyết định đó được đưa ra trên cơ sở chứng cớ đánh giá ngang hàng Phát biểu của chính phủ đồng thời còn cố lôi kéo nước Mĩ trong quyết định

rút lui khỏi máy va chạm, nói rằng “quốc hội Mĩ dường như chia sẻ quan điểm hoài nghi này về các triển vọng đối với ILC”

“Tôi cho rằng phát biểu về sự đánh giá ngang hàng là chính phủ muốn trốn tránh trách nhiệm”, Foster nói “Toàn bộ quá trình được điều khiển bằng cái ra hiệu tay và nháy mắt từ trên xuống rằng ILC không thể nào được chu cấp May thay, hiện thời chúng ta đang ở vào pha thăm

dò ý kiến mà tôi hi vọng chúng ta có thể thảo luận mang tính xây dựng về lối đi phía trước”

Nhưng John Wormersley, giám đốc các chương trình khoa học tại STFC, thừa nhận rằng quyết đinh rút ra khỏi ILC là dựa trên sự đánh giá ngang hàng “Chính phủ đang nhắc tới thực tế

là hoạt động ILC được trao đổi trong ủy ban khoa học PPAN [vật lí hạt, thiên văn học, và vật lí hạt nhân] và bộ khoa học của chúng ta”, ông nói “Bộ khoa học khi đó đưa ra một kiến nghị lên

ủy hội [STFC], trước khi ủy hội đưa ra quyết định của mình”

Matin Durrari (physicsworld.com, 10/04/2008)

Chi tiêu toàn cầu về không gian gia tăng

Nằm giữa những bản báo cáo ngân quỹ xơ xác và những chi phí dự án đang quay cuồng chóng mặt tại NASA, các nhà khoa học Mĩ có thể tìm thấy một số bù đắp trong thực tế nền kinh

tế không gian toàn cầu dường như đang bùng nổ Báo cáo không gian năm 2008, do Space

Foundation công bố hôm thứ ba, cho thấy hơn 251 tỉ đô la đã được chi cho hoạt động không gian toàn cầu trong năm trước

Theo bản báo cáo, soạn theo trên ngân quỹ không gian toàn cầu và số liệu ngân khố quốc gia, tổng chi tiêu trong năm 2007 tăng 11% so với năm 2006

“Nó cho thấy tổng thể nền kinh tế không gian rất cường tráng”, Kendra Horn, người phát

ngôn cho Space Foundation, nói với physicsworld.com “Trong khi nhiều lĩnh vực khác đang bị

suy thoái, thì nền kinh tế không gian vẫn tiếp tục tăng trưởng”

Một nguyên nhân cho nền kinh tế khỏe mạnh đó là sự tăng trưởng mảng thương mại Truyền hình vệ tinh kĩ thuật số, còn gọi khác là truyền hình trực tiếp đến từng nhà, và hệ thống định vị toàn cẩu (GPS) – hai mảng lớn nhất của nền công nghiệp không gian thương mại – đã tăng trưởng tương ứng 19% và 20% Những lĩnh vực tăng trưởng khác bao gồm các chương trình không gian đang xuất hiện ở các nước châu Á như Trung Quốc, đã tăng gấp ba chi tiêu của nó từ năm 2006 sang năm 2007 (mặc dù chi tiêu của Nhật Bản giảm sút 14%)

Bản báo cáo còn mang lại một viễn cảnh thuận lợi cho nền công nghiệp không gian Mĩ

Số việc làm đang tăng lên, và tiền lương trung bình giữ ở mức 88.200 đô la – hơn gấp đôi so với tiền lương trung bình trong lĩnh vực đó ở các nước

Jon Cartwright (physicsworld.com, 10/04/2008)

Ống nano “đường một ray” di chuyển hàng hóa

Các nhà nghiên cứu ở châu Âu vừa chế tạo được một “đường một ray” từ ống nano carbon có thể vận chuyển một hạt kim loại nhỏ li ti đi khoảng cách cỡ 80 nm Hàng hóa kim loại nằm trên một “tay áo” ống nano dài 5 nm bao quanh một “ray” ống nano dài hơn nhiều trải căng qua một rãnh trên một con chip silicon Thật bất ngờ, đội nghiên cứu tin rằng cái tay áo bị điều khiển bởi các dao động mạng gọi là phonon – chứ không phải tương tác điện, cái ban đầu họ nghĩ sẽ đẩy dụng cụ đi tới

Ống nano carbon là những tấm carbon dày một nguyên tử cuộn lại thành ống đường kính chỉ vào nano mét Adrian Bachtold và các đồng sự tại trường đại học Tự trị Barcelona cùng với các cộng tác viên tại đại học Vienna và Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ở Lausanne đã chế tạo dụng cụ của họ bằng ống nano đa thành, bao gồm vài ống nano đồng tâm (Science DOI:

10.1126/science.1155559)

Đội nghiên cứu bắt đầu bằng việc gắn ống nano đa thành dài 1500 nm bắt qua rãnh với các điện cực kim loại Sau đó, họ sử dụng kĩ thuật phá vỡ điện để lấy bỏ vài lớp bên ngoài ra khỏi đa phần ống nano, để lại một tay áo ngắn có thể quay tự do và di chuyển tới lui theo đường ray bên trong

Ở giữa nóng hơn

Đội nghiên cứu điều khiển động cơ bằng cách cho một dòng điện đi qua đường ray, làm cho nó nóng lên Tuy nhiên, khu vực đường ray ở giữa rãnh trở nên nóng hơn nhiều so với hai đầu – vì các điện cực đóng vai trò như các bể nhiệt Nếu cái tay áo và hàng hóa của nó – một miếng vàng nhỏ xíu – được đặt ở giữa rãnh, thì chúng sẽ di chuyển về một phía của rãnh ở tốc độ lên tới 1 m/s

Bachtold phát biểu với physicsworld.com rằng đội nghiên cứu ban đầu hi vọng họ có thể

thiết đặt một hiệu điện thế giữa hai điện cực để thúc đẩy tương tác nguyên tử giữa đường ray và tay áo, làm cho tay áo chuyển động theo kiểu xoắn ốc theo một chiều – và rồi theo chiều kia khi

họ đảo ngược hiệu điện thế Chuyển động như thế được trông đợi, theo Bachtold, vì các nguyên

tử trong ống nano bên trong và bên ngoài đều được sắp xếp theo cấu hình xoắn ốc hơi khác nhau một chút

Thay vì vậy, đội nghiên cứu nhận thấy tay áo luôn di chuyển ra xa vùng chính giữa rãnh Theo Bachtold, manh mối thứ nhất rằng nhiệt đang điều khiển chuyển động là hạt vàng hàng hóa thay đổi hình dạng một phần bởi sự tan chảy Đội nghiên cứu xác nhận vai trò của nhiệt bằng cách chạy mô phỏng máy tính của hệ

Ảnh chụp qua kính hiển vi điện tử quét của hệ ống nano Hình trên cho thấy tay áo và hàng hóa ở giữa rãnh và hình dưới cho thấy tay áo và hàng hóa ở bên phải của rãnh Trong cả hai hình, “đường ray” ống nano carbon có thể nhìn

thấy rõ ràng

Động cơ đẩy phonon

Nhiệt được truyền qua ống nano carbon dưới dạng các dao động mạng lượng tử hóa gọi

là phonon, chúng hành xử giống hệt như các hạt Vô số phonon được tạo ra ở vùng nóng chính giữa của đường ray và chuyển động về phía hai điện cực, chạm vào tay áo bên ngoài và kéo nó theo với chúng

Ramin Golestanian thuộc trường đại học Sheffield mô tả công trình này là “một kết quả thí nghiệm tuyệt vời” Tuy vậy, Golesanian, người đang nghiên cứu cơ sở vật lí của các hạt nano

đang chuyển động và các dụng cụ vi cơ học, phát biểu với physicsworld.com rằng cần có nhiều

nghiên cứu hơn nữa để hiểu được cơ chế gây ra chuyển động và vai trò của phonon trong đó

Bachtold và các đồng sự hiện đang chuyển sự chú ý của họ sang việc chế tạo những động

cơ thực tiễn hơn trên cơ sở hiệu ứng đó Họ đang nghiên cứu về những dụng cụ thuận nghịch trong đó một đầu của đường ray bị nung nóng còn đầu kia thì không, sẽ làm cho cái tay áo chuyển động từ đầu nóng sang đầu lạnh Hướng di chuyển có thể đảo ngược bằng cách đơn giản

là đổi đầu bị nung nóng

Trong thời gian dài hơn, Bachtold tin rằng những động cơ như thế có thể sử dụng để điều khiển những cỗ máy kích thước nano mét, ví như những động cơ tiến hành phân phát thuốc hay các chức năng y khoa khác trong cơ thể

Hamish Johnston (physicsworld.com, 11/04/2008)

Bộ nhớ “đường đua” được chứng minh

Các nhà vật lí ở Mĩ lần đầu tiên vừa chứng minh được rằng dữ liệu có thể truy cập từ dãy dây nano 3D hay “đường đua” kiểu rừng cây Bằng chứng cho thấy cái gọi là bộ nhớ đường đua,

sẽ nhanh hơn và rẻ hơn các dạng lưu trữ thông tin kiểu khác, đang trên đường của nó trở thành một thực tiễn thương mại

Stuart Parkin và các đồng sự tại trung tâm nghiên cứu Almaden của IBM ở San Joe, Mĩ, lần đầu tiên đi đến khái niệm bộ nhớ đường đua hồi năm 2004 Ý tưởng là dãy đường đua dây nano hình chữ U cấy trên chất nền bánh xốp silicon Theo chiều dài của từng đường đua là các vùng bị từ hóa theo một trong hai chiều, mỗi ranh giới vùng hay “bức tường” đóng vai trò là một bit cô độc – hoặc 0 hoặc 1 – của thông tin Bằng cách gửi một dòng electron phân cực spin vào một đầu của đường đua, thì những tường thành vùng này có thể bị lệch tới lui

Theo lí thuyết, cả việc đọc và ghi thông tin sẽ là có thể tại lớp nền – nói cách khác là chỗ cong của chữ U – trên bánh xốp silicon Ví dụ, một đầu đọc có thể cảm nhận cấu hình của một thành miền bằng cách đo xem điện trở của thành thay đổi như thế nào trong từ trường (một tính chất gọi là từ trở) Một đầu ghi có thể gồm một dây nano vuông góc, nó sẽ chuyển cấu hình của các thành miền khi miền riêng của nó bị lệch

Ba bit

Việc đưa lí thuyết này vào thực tiễn đòi hỏi phải khéo léo, nhưng đội của Parkin hiện cho rằng điều đó là có thể, ít nhất là khi các đường đua nằm phẳng trên chất nền silicon thay vì thẳng đứng Họ có khả năng ghi và đọc ba bit trong khoảng chừng nano giây (Science 320 209)

“Nó trông như một tiến bộ rất tuyệt”, theo Yongbing Xu tại đại học York, Anh “Về nguyên tắc, không có bộ phần nào chuyển động, và đó là một ưu điểm lớn Xu còn nhấn mạnh rằng việc đọc và ghi có thể tiến hành nhanh chóng – tại một hội nghị hồi năm ngoái, đội IBM đề xuất rằng cần thời gian micro giây Tuy vậy, ông lưu ý rằng việc điều khiển nhiều thành miền rõ ràng sẽ là thách thức, nghĩa là một nguyên mẫu thương mại còn ba đến năm năm nữa mới có

Khi bộ nhớ đường đua chạm tới kệ trưng bày của nó, rất có khả năng là nó sẽ hất cẳng các kiểu bộ nhớ hiện có Không như bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM), dụng cụ dựa trên dãy transistor 2D, nó có thể sản suất rẻ hơn Và không giống như đĩa cứng lưu trữ, dụng cụ chứa các bit từ phân tán trên đĩa kim loại quay, nó sẽ nhanh hơn

“Đó nhất định là một ý tưởng thông minh và đã được thực hiện rất tao nhã”, theo Mark Blamire tại đại học Cambridge, Anh “Tuy nhiên, khoảng cách có thật giữa loại bộ nhớ này và bất kì loại bộ nhớ thương mại nào là có thể phát triển một công nghệ thích hợp hay không để biến cái là một dụng cụ tuyến tính chiếm giữ một lượng lớn diện tích chất nền thành một cấu trúc thẳng đứng, chiếm giữ ít diện tích hơn nhiều Bài báo không đề cập đến câu hỏi đó, nhưng chắc chắn nó là một thách thức cực lớn”

Jon Cartwright (physicsworld.com, 11/04/2008)

Nguyên mẫu máy dò sóng hấp dẫn sử dụng ánh sáng nén

Các nhà vật lí ở Mĩ và Australia vừa sử dụng bản chất lượng tử của ánh sáng để tạo ra một bước tiến quan trọng nhằm cải thiện độ nhạy của các giao thoa kế kích cỡ km dùng cho tìm kiếm sóng hấp dẫn Bằng cách dùng ánh sáng ở “trạng thái nén”, họ thu được 44% cải tiến về độ nhạy của một nguyên mẫu máy dò sóng hấp dẫn

Con số này có thể đạt tới 300% ở máy dò kích thước đầy đủ và đội nghiên cứu tin rằng các nguồn ánh sáng nén có thể kiểm nghiệm ở những dụng cụ đang hoạt động như LIGO trong vòng 1 – 3 năm Các máy dò nhạy hơn có thể tìm kiếm những dung tích vũ trụ lớn hơn cho nguồn phát sóng hấp dẫn, làm cho việc dò tìm của chúng có triển vọng hơn

Sóng hấp dẫn là các gợn trong cơ cấu của không-thời gian được tạo ra khi các vật thể khối lượng lớn gia tốc trong không gian Được tiên đoán bởi thuyết tương đối rộng của Einstein, sóng hấp dẫn rất yếu –cả đối với những sự kiện cực độ như bùng nổ sao siêu mới hay va chạm giữa sao neutron và lỗ đen – và vì thế không phát hiện trực tiếp được

Các nhà vật lí đã xây dựng một số giao thoa kế rất lớn nhằm thử tìm kiếm các sóng đó, trong đó có hai tổ hợp LIGO ở Mĩ, máy dò hạt Virgo ở Italy, tổ hợp GEO 600 ở Đức, và dự án TAMA ở Nhật Những dụng cụ này tách một chùm laser thành hai thành phần vuông góc với nhau, gửi từng thành phần xuống một “cánh tay” cách biệt có thể dài vài km Chùm tia bật ra khỏi “khối lượng thử” với bề mặt gương phản xạ cao tại đầu của mỗi cánh tay Các chùm tia sau

đó tái kết hợp trên một bộ tách chùm trước khi được phát hiện bằng một máy dò quang

Ảnh toàn cảnh máy dò sóng hấp dẫn LIGO tại Hanford, Washington

Giao thoa kế này có thể sớm sử dụng ánh sáng nén

Những biến đổi nhỏ xíu

Một sóng hấp dẫn truyền qua dụng cụ làm kéo căng một trong hai cánh tay và nén cánh tay kia, do đó làm thay đổi mẫu giao thoa tại máy dò quang Tuy nhiên, sự thay đổi chiều dài của cánh tay sẽ rất nhỏ - cỡ 10-18 m – và sự thay đổi liên đới ở mẫu giao thoa do đó cũng sẽ cực kì nhỏ Thật vậy, các máy dò hiện có từ trước đến nay chưa hề phát hiện ra bất kì sóng hấp dẫn nào

Thế hệ tiếp theo của các máy dò có thể bắt đầu hoạt động vào đầu thập niên 2010 và chúng sẽ nhạy đến mức hiệu suất của chúng bị hạn chế bởi sự nhiễu phát sinh do bản chất lượng

tử của ánh sáng laser Thuyết lượng tử yêu cầu tích của các độ bất định ở hai đại lượng liên quan tới pha và biên độ của ánh sáng phải lớn hơn một giá trị tối thiểu Trong một giao thoa kế đo pha ánh sáng, điều này có nghĩa là luôn luôn có một số nhiễu “lượng tử” trong máy dò

May thay, nguyên lí bất định không ngăn cản các nhà vật lí làm tối thiểu sự nhiễu này bằng cách “nén” trạng thái lượng tử của ánh sáng sao cho độ bất định biên độ trở nên lớn, còn độ bất định pha trở nên nhỏ Những trạng thái nén như thế lần đầu tiên được chứng minh bằng thực nghiệm vào năm 1985, vài năm ngắn ngủi sau khi chúng được đề xuất cho sử dụng trong các máy dò sóng hấp dẫn Nay một đội các nhà vật lí LIGO, đứng đầu là Nergis Mavalvala và