Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 32)

Phóng xạ gamma

Sau mỗi phân rã phóng xạ của nguyên tử, phát ra một hạt alpha hoặc hạt beta, hạt nhân bố mẹ còn lại ở trạng thái kích thích, với các hạt thành phần của nó trong một cấu hình chưa được tối ưu. Sau đó, hạt nhân phải giải phóng năng lượng khi những hạt này được xếp vào cấu hình năng lượng thấp nhất của chúng (theo kiểu tương tự như với các electron kích thích). Các hạt nhân nguyên tử kích thích giải phóng năng lượng thừa này dưới dạng các photon bức xạ gamma, tần số cao nhất của bức xạ điện từ. Phóng xạ gamma xảy ra nhanh – thường trong vòng vài phần nghìn tỉ của một giây sau khi phóng xạ alpha hoặc beta xảy ra. Tuy nhiên, đối với một số hạt nhân, quá trình có thể diễn ra lâu hơn một chút, có lẽ chừng một phần tỉ của một giây. Các hạt nhân tồn tại tương đối dai dẳng như vậy được gọi là “siêu bền”.

Tia gamma giải phóng không phải lúc nào cũng thoát ra thế giới bên ngoài. Thông thường nó sẽ va chạm với một electron quỹ đạo trong lớp vỏ K trạng thái cơ bản của nguyên tử, cấp đủ năng lượng cho electron đó thoát hẳn khỏi nguyên tử thông qua hiệu ứng quang điện.

Năng lượng giải phóng qua phóng xạ gamma

Các hạt ảo

Ở những trang trước, chúng ta chủ yếu quan tâm đến các hạt tồn tại dai dẳng, vĩnh cửu. Thế nhưng vật lí lượng tử còn có một bí mật đáng kinh ngạc khác cần tiết lộ: phần lớn tự nhiên, thật vậy, được liên kết bởi những “hạt ảo” ma quái chỉ tồn tại trong những khoảng thời gian hết sức phù du, chừng 10-43 giây. Các hạt này có thể hiện thân ở hầu như mọi hình thức, và lao vào hiện hữu từ năng lượng chân không của Vũ trụ. Chúng bất chấp các định luật bảo toàn khối lượng và năng lượng, song bởi vì chúng “trả lại” năng lượng mà chúng vay mượn để tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn, thành ra Vũ trụ coi như mắt nhắm mắt mở đối với chúng.

Nhiều tương tác hạt phụ thuộc vào các hạt ảo: các photon mang lực điện từ giữa các điện tích là ảo, tình huống y như vậy đối với các gluon liên kết các quark với nhau, và các boson W và Z vận hành lực yếu. Lực Van der Waals liên kết các phân tử với nhau, và kể cả lực tĩnh điện hút hai tấm kim loại trong hiệu ứng Casimir cũng đều dựa trên các photon ảo.

Hiệu ứng Casimir là một lực yếu phát sinh giữa hai tấm kim loại song song cách nhau một khoảng rất nhỏ trong chân không. Nó phát sinh bởi vì các photon ảo thuộc nhiều bước sóng khác nhau có thể thoắt ẩn thoắt hiện trong không gian xung quanh hai tấm, còn không gian ở giữa chúng chỉ có thể tồn tại những photon bước sóng ngắn.

Vật lí Lượng tử Tốc hành | Gemma Lavender
Phần tiếp theo >>