Đội nghiên cứu của Francesca Ferlaino tại trường Đại học Innsbruck là nhóm đầu tiên tạo ra thành công một ngưng tụ của nguyên tố lạ erbium. Các nhà vật lí thực nghiệm Innsbruck hiện đang giữ kỉ lục thế giới trong việc thu được những ngưng tụ Bose-Einstein đầu tiên của những nguyên tố hóa học khác nhau.
Francesca Ferlaino trong phòng thí nghiệm
Các chất khí lượng tử cực lạnh có những tính chất ngoại hạng và mang lại một hệ lí tưởng để nghiên cứu những hiện tượng vật lí cơ bản. Với việc chọn erbium, đội nghiên cứu đứng đầu là Francesca Ferlaino thuộc Viện Vật lí Thực nghiệm, Đại học Innsbruck, đã chọn một nguyên tố rất lạ, đó là vì những tính chất đặc biệt của nó mang lại những khả năng mới và hấp dẫn để nghiên cứu những câu hỏi cơ bản trong lĩnh vực vật lí lượng tử.
“Erbium tương đối nặng và có từ tính mạnh. Những tính chất này dẫn tới một hành trạng lưỡng cực cực độ của các hệ lượng tử,” Ferlaino cho biết.
Cùng với nhóm nghiên cứu của mình, bà đã tìm ra một phương pháp đơn giản đến bất ngờ để làm lạnh nguyên tố phức tạp này bằng phương tiện laser và kĩ thuật làm lạnh bay hơi. Ở những nhiệt độ gần độ không tuyệt đối, một đám mây gồm khoảng 70.000 nguyên tử erbium tạo ra một ngưng tụ Bose-Einstein từ tính. Trong một ngưng tụ, các hạt mất đi tính chất cá lẻ của chúng và đồng bộ hóa hành trạng của chúng. “Những thí nghiệm với erbium cho phép chúng tôi thu được kiến thức sâu sắc mới về những quá trình tương tác phức tạp của những hệ tương quan mạnh và, đặc biệt, chúng mang lại những điểm xuất phát mới để nghiên cứu từ tính lượng tử với những nguyên tử lạnh,” Francesca Ferlaino nói.
Nhà khoa học trẻ này đã giành giải thưởng START của Áo hồi năm 2009 và bà còn nhận tài trợ Starting Grant của Ủy ban Nghiên cứu châu Âu vào năm 2010. “Với việc thu được ngưng tụ Bose-Einstein vừa đúng một năm sau khi bắt tay vào nghiên cứu, chúng tôi đã đạt tới một trong những mục tiêu quan trọng nhất của dự án,” Francesca Ferlaino phát biểu một cách tự hào. “Điều này cho thấy tầm quan trọng của những khoản tài trợ dành cho các nhà khoa học trẻ và sự ủng hộ từ phía trường Đại học Innsbruck và Viện Vật lí Thực nghiệm dành cho tôi và đội của mình.” Nhà khoa học giành giải Nobel Eric Cornell đã hoan nghênh các nhà nghiên cứu Innsbruck: “Những bạn trẻ mới đáng yêu làm sao. Cha mẹ của họ hẳn là rất tự hào!”
Cesium, strontium và erbium là ba nguyên tố hóa học mà các nhà vật lí ở Innsbruck đã cho ngưng tụ thành công trong vài năm trở lại đây. Một đột phá quan trọng đã được thực hiện bởi Rudolf Grimm và nhóm nghiên cứu của ông hồi năm 2002 khi họ thu được sự ngưng tụ của cesium, dẫn tới vô số những kết quả khoa học trong những năm sau đó. Một nhân vật nhận tài trợ START khác, Florian Schreck, một thành viên thuộc nhóm nghiên cứu của Rudolf Grimm, là người đầu tiên hiện thực hóa một ngưng tụ của strontium hồi năm 2009. Và nay Francesca Ferlaino lập tiếp kì công này với nguyên tố erbium.
Cho đến nay, trên khắp thế giới có tổng cộng 13 nguyên tố đã được làm cho ngưng tụ. Mười trong số những ngưng tụ này đã được tạo ra bởi mười nhóm nghiên cứu quốc tế khác nhau. Vào năm 2001, Eric Cornell, Wolfgang Ketterle và Carl Wieman đã giành Giải Nobel Vật lí cho việc tạo ra ngưng tụ Bose-Enstein đầu tiên. Ngưng tụ mới của erbium, lần đầu tiên được tạo ra ở Innsbruck, là một hệ mẫu tuyệt vời để bắt chước những hiệu ứng phát sinh từ sự tương tác tầm xa. Loại tương tác này là cơ sở của cơ chế động lực học phức tạp có mặt trong tự nhiên, ví dụ như xảy ra trong các xoáy địa vật lí, trong các chất lỏng sắt từ hay trong protein khi gấp nếp.
Tham khảo: Bose-Einstein Condensation of Erbium. K. Aikawa, A. Frisch, M. Mark, S. Baier, A. Rietzler, R. Grimm, F. Ferlaino. Phys. Rev. Lett. 108, 210401 (2012)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.210401
123physics – thuvienvatly.com
Nguồn: Đại học Innsbruck
