Những bức ảnh vật lí đẹp nhất năm 2012

Không có gì bất ngờ khi năm 2012 tỏ ra là một năm đầy hào hứng đối với lĩnh vực vật lí học, với nhiều khám phá phức tạp và được chờ đợi lâu ngày khiến chúng ta bận rộn suốt. Bây giờ chúng ta hãy dành chút thời gian thưởng thức lại nét đẹp của vật lí học năm 2012 với 12 bức ảnh phản ánh những sắc màu vật lí trong năm qua. Các bức ảnh phản ánh đa dạng từ thế giới vi mô đến thế giới vĩ mô – từ những viên gạch cấu trúc ADN cỡ nano mét đến vệ tinh lớn nhất của Thổ tinh. Các bức ảnh không có xếp thứ hạng.

Sứ mệnh GRAIL khảo sát cấu trúc xốp bên dưới Mặt trăng

(Ảnh: NASA/JPL-Caltech/MIT/GSFC)

Bức ảnh lốm đốm này là bản đồ phân giải cao nhất từ trước đến nay của trường hấp dẫn bên trong của Mặt trăng, tạo bởi kém đặc hơn và xốp rãnh hơn do những vụ va chạm lớn so với người ta vẫn nghĩ.

Nâng giọt chất lỏng bằng nam châm tủ lạnh

(Ảnh: Baptiste Darbois-Texier và Keyvan Piroird)

Nếu bạn đang tự hỏi bức ảnh lâng lâng trên đang thể hiện cái gì, thì thật ra bạn đang nhìn vào sự nâng giọt oxygen lỏng, gọi là “giọt Leidenfrost”, nổi lơ lửng phía trên bản thủy tinh ở nhiệt độ phòng. Hiệu ứng Leidenfrost xuất hiện khi một chất lỏng tiếp xúc với một bề mặt có nhiệt độ cao hơn đáng kể so với điểm sôi của chất lỏng, tạo ra một lớp hơi phân cách giữ giọt chất lỏng không bay hơi nhanh. Bức ảnh trên là một phần của một nghiên cứu trong đó các nhà nghiên cứu chứng minh rằng có thể điều khiển một giọt chất lỏng thuận từ bằng cách sử dụng một từ trường. Ảnh phía trên cho thấy nam châm bên dưới bản thủy tinh và một “đám mây” phía trên giọt oxygen lỏng ở nhiệt độ –183 °C. Hơi nước trong không khí xung quanh giọt oxygen ngưng tụ lại, tạo ra những đám mây này thỉnh thoảng làm lộ ra những dòng không khí xung quanh. Sương mờ nhìn thấy bên trong những bức ảnh cận cảnh phía dưới là do các tinh thể băng gây ra.

Sứa nhân tạo xứ lí tế bào tim chuột

(Ảnh: Harvard University và Caltech)

Bức ảnh màu sặc sỡ này cho thấy một con sứa đã xử lí mô nhân tạo “đang bơi” trong một bình nước mặn giống nước biển. Được đặt tên là "Medusoid", sinh vật sinh kĩ thuật này được làm từ cao su silicon và được cấp nguồn sống bởi mô tim chuột nuôi trong phòng thí nghiệm và bơi giống hệt như con sứa thật bằng cách bơm nước vào và ra khỏi cơ thể hình vòm của nó với những xung đều đặn. Chưa tới 1 cm đường kính khi kéo dẹt ra, Medusoid sử dụng tế bào tim chuột được kích thích bằng một xung điện để “đánh thức” và sinh chế tạo giống hệt như một con sứa mặt trăng còn non (Aurelia aurita). Nó có tám ‘chi’ phụ giống cánh tay bẻ cong được để tạo ra hình vòm đặc trưng khi nó trồi về phía trước.

Mô sống gắn bộ cảm biến điện tử

(Ảnh: Charles M Lieber)

Trong khi thoạt nhìn bức ảnh trên có thể khiến bạn nhớ tới tranh vẽ của Jackson Pollock, nhưng thật ra nó là ảnh 3D tái hiện cho thấy một mạng lưới vi cảm biến, mô tả bằng màu xanh lam và xanh lục, nằm dọc theo các neutron, nhúng trong một mô cấy gồm các neuron hải mã. Bức ảnh trên là kết quả của công trình nghiên cứu thực hiện bởi các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Harvard, cùng với các kĩ sư mô học tại Viện Công nghệ Massachusetts và Bệnh viện Nhi đồng Boston, để phát triển một phương pháp tốt hơn tích hợp mô và linh kiện điện tử. Thay vì sử dụng các máy dò gốc điện cực truyền thống – chúng cho tín hiệu yếu hơn khi chế tạo chúng nhỏ hơn – đội khoa học đã chọn transistor hiệu ứng trường silicon (FET) làm máy dò. Các bộ cảm biến FET có thể cực kì nhỏ - trong trường hợp này làm bằng các dây nano đường kính 30 nm – mà vẫn cho số chỉ chính xác.

Làm sủi bọt vật chất

(Ảnh: Ruggero Gabbrielli)

Cho dù là bọt sữa trong cốc cappuccino của bạn, bọt xà phòng trong bể tắm nhà bạn hay cấu trúc vĩ mô của vũ trụ, bọt bóng luôn thu hút sự quan tâm của các nhà vật lí trong nhiều năm qua. Bọt sủi trong bức ảnh trên có thể tạo ra mỗi ngày bằng bột giặt Fairy, nhưng nó còn là ví dụ đầu tiên từ trước đến nay của một "Weaire–Phelanfoam", cái các nhà vật lí tin là cấu trúc năng lượng thấp nhất cho một cái bọt hình thành gồm những bong bóng thể tích bằng nhau. Cái bọt này là một cấu trúc 3D phức tạp gồm hai loại bong bóng đa giác thể tích bằng nhau, và có năng lượng thấp hơn 0,3% so với một bọt Kelvin. Nó được tạo ra bằng cách đặt một cái khuôn đặc biệt trong một dung dịch đơn giản gồm nước và chất lỏng Fairy, với những cái bong bóng sinh ra bởi sự giải phóng khí nitrogen từ một ống mao dẫn bằng thủy tinh. Cái bọt được chụp ảnh bằng một camera SLR kĩ thuật số.

Cuộc sống của tôi trên sao Hỏa

(Ảnh: Charlotte Poupon)

Tháng 12 năm 2011, nghiên cứu sinh tiến sĩ Ashley Dale đã có hai tuần trong sa mạc Utah để trải nghiệm một sứ mệnh sao Hỏa mô phỏng. Ông đã có một bài đăng trên tạp chí Physics World thuật lại hai tuần làm việc tại Trạm Nghiên cứu Sa mạc sao Hỏa (MDRS), một cơ sở dành để phát triển và thử nghiệm các chiến thuật và giao thức cho một chuyến thám hiểm của con người lên sao Hỏa. Ông đã làm mọi thứ từ đi trên xe đạp địa hình bốn bánh đến ăn thực phẩm đã tách nước. Sứ mệnh còn nhắm tới mục tiêu nghiên cứu các tác động tâm lí học có thể có của sự du hành lên sao Hỏa. Bức ảnh trên do Dale chụp tại hiện trường.

Chất liệu mới chuyển hướng thuận theo yêu cầu

(Ảnh: Xiang Zhang et al.)

Một chất liệu mới có hướng thuận có thể bật tắt theo yêu cầu đã được tạo ra bởi một đội vật lí quốc tế. Hoạt động trong vùng terahertz của phổ điện từ, chất liệu có thể được sử dụng để xử lí kĩ thuật sự phân cực của các sóng terahertz. Ảnh chụp hiển vi điện tử quét (SEM) ở bên trái cho thấy siêu chất liệu là một ma trận gồm những bộ cộng hưởng hình chữ V. Thanh tỉ lệ màu trắng là 25 μm. Ảnh chụp SEM ở bên phải cho thấy một trong các bộ cộng hưởng và thanh tỉ lệ là 10 μm. Các cấu trúc màu hồng, màu lam và màu cam là bằng vàng, còn những cấu trúc màu lục là bằng silicon.

Bức chân dung mới lạ của Dirac

(Ảnh: Eric Hardy)

Có thể bạn cần nhíu mắt lại và nghiêng đầu ra xa bàn phím một chút, nhưng bức ảnh trên là gương mặt của một trong những nhà vật lí lí thuyết vĩ đại của thế kỉ 20 – Paul Dirac. Dirac học lấy hai bằng cấp kĩ thuật và toán học tại trường Đại học Bristol, và trước đó ông là học trò tại trường kĩ thuật Merchant Venturers – tiền thân của trường Cotham ngày nay. Do Eric Hardy sáng tạo, tác phẩm trên là một phiên bản của ảnh kỉ niệm học đường cuối năm, trong đó mỗi pixel được thay thế bởi hình ảnh của các học trò, giáo viên và những nhân viên khác tại trường Cotham. Tác phẩm nghệ thuật gốc, in trên vải bạt kích cỡ 100 × 90 cm, được trưng bày tại Cotham hồi tháng 5 khi một cựu sinh khác của trường – nhà lí thuyết Peter Higgs tại trường Đại học Edinburgh – về thăm trường.

Tác dụng ma quỷ với chùm ánh sáng xoắn

(Ảnh: Robert Fickler, University of Vienna)

Bức ảnh kiểu Pointillist khá lòe loẹt này miêu tả một kì công của vật lí lượng tử, thể hiện 20 photon bị vướng víu bởi “moment động lượng quỹ đạo”. Nó được tạo ra bởi các nhà nghiên cứu ở Áo, họ cho biết rằng một lượng lớn moment quỹ đạo họ truyền cho các photon lát đường cho sự vướng víu của những vật thể vĩ mô. Cấp moment động lượng quỹ đạo cho các photon có nghĩa là làm xoắn mặt đầu sóng của một chùm tia sao cho, khi chùm tia truyền về phía trước, mặt đầu sóng của nó quay xung quanh trục truyền. Bức ảnh màu giả trên thể hiện một chùm tia laser biểu hiện một sự chồng chất của 10 lượng tử thuận phải và 10 lượng tử thuận trái của moment động lượng quỹ đạo, tạo ra 20 đốm sáng trên cái vòng phía trong. Nghiên cứu này cũng được đánh giá là một trong 10 đột phá của năm 2012.

Nước mưa hóa thạch làm ‘ướt mèm’ lí thuyết khí hậu cổ

(Ảnh: Wlady Altermann/University of Pretoria)

Bức ảnh con cầy meerkat này đang đứng trên một mẫu nước mưa hóa thạch khiến chúng ta phì cười. Con vật ngồi trên những phiến đá mang dấu ấn hóa thạch của nước mưa đã rơi xuống Nam Phi hồi 2,7 tỉ năm trước và đã được các nhà nghiên cứu ở Mĩ sử dụng để tính xem áp suất khí quyển trên Trái đất là bao nhiêu hồi hàng tỉ năm về trước. Bằng cách phân tích hình dạng và kích cỡ của những vết nước mưa trong tro núi lửa, đội khoa học đã chứng minh rằng áp suất khí quyển trong kỉ Archaean xấp xỉ bằng như ngày nay. Đây là một sự so le với lí thuyết phổ biến hiện nay cho biết Trái đất vẫn đủ ấm như thế nào cho sự sống tồn tại khi ấy.

Xếp gạch ADN

(Ảnh: Yin et al./Macmillan Publishers Limited)

Bức ảnh này có lẽ trông tựa như một bộ sưu tập hình dạng spaghetti mới lạ nhưng những hình ảnh chi tiết này thật ra là từ những tập hợp chuỗi ADN, chụp ảnh bằng kính hiển vi lực nguyên tử (AFM). Phương pháp tiên phong trên, được phát triển tại trường Đại học Harvard ở Mĩ, được sử dụng để xử lí kĩ thuật những cấu trúc nano phức tạp từ một tập hợp “ngói” ADN. Bức ảnh trên cho thấy những hình ảnh AFM của 100 hình dạng khác nhau, bao gồm những chữ cái in hoa của bảng chữ cái Latin, các biểu tượng cảm xúc và kí hiệu chiêm tinh học, với mỗi hình dạng mất một giờ mới tạo xong. Những hình ảnh này đã được phóng to và kích cỡ thật sự của chúng là 150 nm × 150 nm. Bộ sưu tập ngói này tiêu tốn khoảng 4500 bảng Anh, và các nhà nghiên cứu ước tính nó có thể tạo ra 2 × 1093 hình dạng khác nhau.

50 năm du hành hệ mặt trời

(Ảnh: Royal Mail, ESA)

Tháng 10 năm nay, Bưu điện Hoàng gia Anh đã tung ra một bộ gồm sáu con tem đặc biệt để kỉ niệm 50 năm vệ tinh đầu tiên của nước Anh – Ariel 1 – được phóng lên vào ngày 26 tháng 4 năm 1962. Cả sáu hình ảnh đều được chụp từ các sứ mệnh do Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) triển khai và bao gồm những miệng hố nhiều hang hốc trên sao Hỏa, những cái vành hoa lệ của Thổ tinh, một ảnh cận cảnh của Mặt trời và một sợi khí bốc lên, một bức ảnh màu lục của Titan – vệ tinh lớn nhất của Thổ tinh, tiểu hành tinh Luteria và một bức ảnh lung linh của cực nam Kim tinh.

Nguồn: physicsworld.com