Các quá trình nguyên tử xảy ra trong những cỡ thời gian cực ngắn. Các phép đo tại trường Đại học Công nghệ Vienna (TU Vienna) nay đã có thể hình dung ra những quá trình này.
Markus Kitzler (trái) và Xinhua Xie
Một chùm laser mạnh có thể loại một electron ra khỏi một nguyên tử - một quá trình xảy ra hầu như tức thời. Tại trường Đại học Công nghệ Vienna, hiện tượng này nay đã có thể được nghiên cứu với độ phân giải thời gian chưa tới mười atto giây (mười phần tỉ của một phần tỉ của một giây). Các nhà khoa học đã thành công trong việc quan sát một nguyên tử bị ion hóa và một electron tự do “ra đời”. Những phép đo này mang lại thông tin vô giá về các electron trong nguyên tử, cái cho đến nay vẫn chưa thể tiếp cận trên thực nghiệm, ví dụ như sự diễn biến theo thời gian của pha lượng tử của electron – xung nhịp để các sóng lượng tử dao động.
Sự giao thoa lượng tử dạng sóng
Trong thí nghiệm trên, những xung laser ngắn được chiếu vào các nguyên tử. Mỗi xung laser có thể mô tả dưới dạng một sóng ánh sáng – sóng quét trên các nguyên tử, và do đó, điện trường xung quanh nguyên tử thay đổi. Điện trường đó tước một electron ra khỏi nguyên tử - nhưng thời điểm chính xác xảy ra hiện tượng này thì không thể xác định được. “Electron không bị lấy khỏi nguyên tử tại một thời điểm chính xác trong quá trình tương tác với xung laser. Có một sự chồng chất của một vài quá trình, như cái thường xảy ra trong cơ học lượng tử,” phát biểu của Markus Kitzler thuộc Viện Quang Lượng tử tại TU Vienna. Một electron độc thân rời khỏi nguyên tử ở những những thời điểm khác nhau, và những quá trình này, giống hệt như sóng trên mặt nước, kết hợp lại thành một kiểu sóng phức tạp.
“Những sự giao thoa sóng cơ lượng tử này cho chúng ta biết thông tin về trạng thái lượng tử ban đầu của electron trong quá trình ion hóa đó,” phát biểu của giáo sư Joachim Burgdörfer (Viện Vật lí Lí thuyết, TU Vienna), người có độ nghiên cứu hợp tác chặt chẽ với các nhà thực nghiệm tại Viện Quang Lượng tử.
Biết toàn bộ về pha
Giống như sóng, các hạt lượng tử trong thí nghiệm này có thể giao thoa tăng cường hoặc triệt tiêu. Chu kì sóng của các electron là cực kì ngắn, pha lượng tử biến thiên nhanh. “Thông thường, pha lượng tử này có thể khó đo,” Markus Kitzler nói. Kết hợp những phép đo chính xác cao và những tính toán lí thuyết phức tạp, giờ người ta có thể thu được thông tin về pha lượng tử của các electron.
Một công cụ quan trọng cho những phép đo này là một chùm laser rất đặc biệt, gồm hai bước sóng khác nhau. Xung laser tương tác với nguyên tử có thể được xử lí rất chính xác. Sử dụng những xung này, các nhà khoa học có thể đo pha lượng tử mà electron có bên trong nguyên tử (so với nhịp do ánh sáng laser tạo nên) trước khi nó bị laser đó loại ra. “Giờ chúng tôi có thể đi pha lượng tử này, đồng thời nó cho chúng tôi biết về các trạng thái năng lượng của electron đó bên trong nguyên tử, và về vị trí chính xác tại đó sự ion hóa xảy ra”, Markus Kitzler nói. Để làm như thế, các nhà khoa học phải đo pha lượng tử đó với độ chính xác hết sức cao chưa tới mười atto giây.
Những cỡ thời gian cực ngắn – xa hẳn kinh nghiệm hàng ngày
Khoảng thời gian mười atto guây (10*10^(-18) s) là quá ngắn so với mọi cỡ thời gian hàng ngày. Tỉ số mười năm trên 1 giây là 300 triệu trên một. Chia một giây cho hệ số này ta được khoảng thời gian hết sức ngắn là ba nano giây – trong khoảng thời gian này, ánh sáng đi được một mét. Đây là cỡ thời gian của vi điện tử học. Tiếp tục chia khoảng thời gian nhỏ này cho hệ số 300 triệu, ta thu được khoảng mười atto giây. Đây là cỡ thời gian của các quá trình nguyên tử. Nó vào bậc độ lớn của chu kì quỹ đạo của một electron xảy ra hạt nhân. Để đo hoặc để tác động đến những quá trình này, trong những năm qua, các nhà khoa học đã và đang phấn đấu tiếp cận những khoảng thời gian này.
Tham khảo: http://prl.aps.org … /i19/e193004
123physics – thuvienvatly.com
Nguồn: Đại học Vienna (web)
