Vật lí học năm 2016 có gì mới?

Hãy bắt đầu từ CERN, nơi các nhà vật lí tại Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) sẽ dành năm 2016 tiếp tục cho các proton lao vào nhau ở năng lượng 13 TeV trong “Đợt chạy II” đã bắt đầu từ năm trước. Bà Fabiola Gianotti, người kế vị Rolf-Dieter Heuer kể từ tháng này làm tổng giám đốc đời thứ 15 của CERN, sẽ xông xáo đảm bảo rằng phòng thí nghiệm thu thập càng nhiều dữ liệu chất lượng hàng đầu càng tốt, cho dù LHC không có khả năng đạt tới năng lượng va chạm 14 TeV như kế hoạch của nó hay không thu được “nền vật lí mới” vượt ngoài Mô hình Chuẩn trong năm 2016. Thật vậy, theo một thông cáo tại CERN ngay trước đêm giáng sinh thì dữ liệu Đợt chạy II đầu tiên từ các thí nghiệm ATLAS và CMS đã đưa khả năng có các hạt “siêu đối xứng” lên những mức năng lượng còn cao hơn nữa.

Tổng giám đốc mới của CERN Fabiola Gianotti sẽ ưu tiên năm 2016 thu thập càng nhiều dữ liệu càng tốt từ Đợt chạy II của Máy Va chạm Hadron Lớn.

Hướng lên không gian vũ trụ, sứ mệnh Juno của NASA sẽ đi vào quỹ đạo Mộc tinh vào ngày 4 tháng 7. Sau hành trình 5 năm, Juno sẽ là phi thuyền đầu tiên viếng thăm Mộc tinh kể từ thời phi thuyền Galileo hồi năm 1995. Cơ quan vũ trụ Nhật Bản (JAXA) cũng sắp có một năm bận rộn. Phi thuyền vũ trụ Akatsuki đã đi vào quỹ đạo quanh Kim tinh hồi tháng 11, và các nhà khoa học trông đợi thu nhận những dữ liệu đầu tiên của nó vào tháng 4 tới. JAXA cũng có kế hoạch phóng kính thiên văn tia X ASTRO-H vào quỹ đạo Trái Đất tầm thấp trong năm nay, để nghiên cứu mọi thứ từ cấu trúc vĩ mô của vũ trụ cho đến sự phân bố vật chất tối trong các đám thiên hà.

Sau hành trình 5 năm, phi thuyền Juno của NASA sẽ tới Mộc tinh vào đúng ngày lễ quốc khánh của nước Mĩ. (Ảnh: NASA/JPL)

Trong khi đó, vào đầu năm nay Cơ quan vũ trụ châu Âu sẽ công bố những dữ liệu đầu tiên từ sứ mệnh Gaia, sứ mệnh tìm cách lập danh mục 3D của khoảng một tỉ thiên thể. Tháng 3 tới sẽ chứng kiến phi thuyền Lisa Pathfinder của Cơ quan vũ trụ châu Âu bắt đầu hoạt động thử nghiệm công nghệ cho một đài quan trắc sóng hấp dẫn trên vũ trụ trong tương lai. Một viễn cảnh háo hức khác cho năm 2016 là Kính thiên văn Chân trời Sự kiện lần đầu tiên ghi ảnh một lỗ đen.

Trong khi đó, các nhà vật lí thiên văn hạt cơ bản rộn ràng trong năm 2016 với một đợt nâng cấp trị giá 14 triệu đôla cho Đài thiên văn Pierre Auger – đài thiên văn tia vũ trụ lớn nhất thế giới – ở Argentina. Đợt nâng cấp sẽ lắp đặt các detector chất lỏng nhấp nháy bên cạnh 1660 detector Cerenkov nước hiện có, cho phép các nhà nghiên cứu phân biệt hiệu quả hơn các electron và muon được tạo ra trong thác hạt thứ cấp được sinh ra khi một tia thiên văn đi vào khí quyển Trái Đất. Điều này sẽ giúp người ta dễ nhận dạng các tia vũ trụ là proton năng lượng cao.

Có tiến và có lùi

Tuy nhiên, không phải chuyện gì trong ngành thiên văn học cũng diễn ra suôn sẻ trong năm mới. Mới đây, tòa án bang Hawaii ra phán quyết rằng việc cấp phép xây dựng Kính thiên văn Ba mươi Mét (TMT) trị giá 1,4 tỉ đô trên đỉnh núi Mauna Kea là không hợp pháp. Phán quyết của tòa Hawaii sẽ buộc những người chủ trương xây dựng kính thiên văn này phải khởi động lại toàn bộ quá trình xin cấp phép, làm hoãn tiến độ dự án và tăng thêm rủi ro. Việc xây dựng TMT đã bị ngừng trệ kể từ tháng 4 năm rồi sau những phản đối của người Hawaii bản địa, họ cho việc xây dựng trên đỉnh Mauna Kea là mạo phạm đến biểu tượng văn hóa và tín ngưỡng của mình.

Trong lĩnh vực vật lí hạt nhân, lò phản ứng nhiệt hạch tokomak ITER, đang được xây dựng ở Cadarache ở miền nam nước Pháp, phải đối mặt với một năm lộn xộn. Sau cuộc họp hội đồng ITER hồi tháng 11, có những tin đồn lan nhanh rằng việc hoàn thành dự án có thể chậm lại 6 năm, dời từ 2019 đến 2025. Hội đồng ITER hiện đang tiến hành đánh giá riêng xem liệu có thể rút ngắn thời gian và cắt giảm chi phí hay không, với một kế hoạch mới sẽ kết thúc vào tháng 6 tới. Nhân tiện, thiết bị Wendelstein 7-X ở Greifswald ở Đức, đã bắt đầu hoạt động hồi cuối tháng 12, sẽ dành một năm rộn ràng cho các nhà nghiên cứu thử nghiệm loại dụng cụ nhiệt hạch này.

Tiền phương lượng tử

Dự báo cái sẽ xảy ra trong những ngành vật lí còn lại và trong ngành công nghiệp gốc vật lí thì khó khăn hơn. Có lẽ đáng chú ý là “Li-Fi” – một thay thế gốc ánh sáng cho Wi-FI vô tuyến – sẽ được giao dịch thương mại. Nghiên cứu về graphene và các vật liệu 2D khác sẽ tiếp tục, với tiêu điểm tập trung vào việc xếp lớp một vài vật liệu 2D để tạp ra những cấu trúc lai mới lạ, ví dụ như sử dụng các lớp graphene làm điện cực và dùng boron nitride làm chất cách điện.

Jian-Wei Pan và Chaoyang Lu thuộc trường Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Hoa ở Hợp Phì đã giành giải Đột phá của năm do tạp chí Physics World bình chọn.

Tuy nhiên, cái đẹp của vật lí là thậm chí nghiên cứu khó hiểu nhất lại có thể tháo mở những ích lợi chưa từng thấy trước – như trường hợp thành tựu được tạp chí Physics World bình chọn là Đột phá của năm. Jian-Wei Pan và Chaoyang Lu thuộc trường Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Hoa ở Hợp Phì là những người đầu tiên thu được sự viễn tải lượng tử đồng thời của hai tính chất cố hữu của một hạt sơ cấp – hạt photon. Các nhà nghiên cứu đang háo hức nói về các ứng dụng, ví dụ như truyền thông lượng tử đường dài an toàn tuyệt đối, máy tính lượng tử cực nhanh và mạng lượng tử. Biết đâu chừng Anton Zeilinger – ông tổ của truyền thông lượng tử, điện toán lượng tử và thông tin lượng tử – sẽ giành giải Nobel vật lí 2016!

Nguồn: Physics World