Phát hiện chấn động về kích thước mới của hạt proton

Chia sẻ: Ha Quynh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 3
download

Phát hiện chấn động về kích thước mới của hạt proton

Mô tả tài liệu

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các nhà khoa học đã vô cùng ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng hạt proton có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với kích thước vẫn được dùng và nói đến trong các nghiên cứu vật lý trước đây.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phát hiện chấn động về kích thước mới của hạt proton

Phát hiện chấn động về kích thước mới của hạt proton Các nhà khoa học đã vô cùng ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng hạt proton có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với kích thước vẫn được dùng và nói đến trong các nghiên cứu vật lý trước đây. Phát hiện mới này hứa hẹn sẽ tạo ra những chấn động trong giới vật lí. Tất cả các nguyên tử đều được cấu thành từ các electron xoay quanh hạt nhân. Các hạt nhân lần lượt được tạo thành từ hai loại hạt cơ bản là nơtron và proton. Từ rất lâu nay, hạt proton được biết đến với bán kính là 0,8768 fm (femtometer). Bán kính của proton được xác định là khoảng cách mà tại đó mật độ điện tích giảm dưới một giá trị nhất định. Bán kính đó được đo bằng cách cho tán xạ các electron từ hydrogen hoặc quan sát sự chênh lệch giữa các mức năng lượng nhất định của nguyên tử hydrogen (hay còn được gọi là dịch chuyển Lamb). Kích thước của proton là một giá trị quan trọng trong thuyết điện động lực học lượng tử (thường được gọi là thuyết QED), nền tảng cơ bản của ngành vật lí hạt nghiên cứu lực tự nhiên và hạt cơ bản.
Tuy nhiên, giá trị hiên thời của proton cũng chı̉ chı́nh xác khi công hoăc trừ môt ̣ ̣ ̣ ̣ ph n trăm chứ không đạt đen độ chı́nh xác đe có th cho môt k t quả hoàn hảo ̣ trong điên đông lực học lượng tử. Vı̀ th , các nhà vât lı́ đã tı̀m ki m các cách thức ̣ ̣ ̣ khác nhau nh m tinh chı̉nh kı́ch thước này. Kích thước siêu nhỏ của proton được phát hiện nhờ tia laser Trong cuộc thử nghiệm được tiến hành trên 10 năm, nhóm nghiên cứu của Viện quang học lượng tử Max-Planck tại Garching, Đức mà đứng đầu là nhà nghiên cứu Randolf Pohl đã sử dụng một máy gia tốc hạt để làm biến đổi các nguyên tử hydrogen. Từ đó, tạo ra một proton duy nhất quay quanh nó là electron. Với mỗi một nguyên tử hydrogen, các nhà nghiên cứu thay thế một electron bằng một muon với kích thước lớn hơn 200 lần so với một electron. "Bởi vì hạt muon nặng hơn, quỹ đạo của nó rất gần với các hạt proton. Do đó, nó nhạy cảm hơn với kích thước của các hạt proton", ông Aldo Antognini, một thành viên trong nhóm nghiên cứu thuộc Viện Paul-Scherrer ở Thụy Sĩ đã phát biểu. Hạt muon không bền chặt, chúng phân tách thành hạt khác chỉ trong vòng 2,2 microsecond. Nhóm nghiên cứu biết rằng việc bắn các tia laser trước khi hạt muon phân tách sẽ khiến cho hạt muon di chuyển với một quỹ đạo cao hơn, quanh proton. Hạt muon sau đó sẽ phát xạ môt năng lượng mạnh là tia X r i chuy n đen môt mức ̣ ̣ năng lượng th p hơn. Tuy nhiên, khi dựa trên bán kı́nh v n thường được được ch p nhân của proton, các thử nghiêm đã th t bại trong viêc tạo ra tia X ở các t n ̣ ̣ ̣ s dự đoán. Mùa hè năm 2009, các nhà nghiên cứu đã quy t định thử nghiêm trên các kı́ch ̣ thước khác nhau của proton. Và thât ngạc nhiên, họ đã phát hiên ra tia X trong môt ̣ ̣ ̣
thử nghiêm với bán kı́nh proton giả định là 0,8418 fm, nhỏ hơn 4% so với kı́ch ̣ thước v n được nói đen trước đây. Nhà nghiên cứu Antognini nói: "Chúng tôi thực sự ngạc nhiên và chưa có b t kı̀ lời giải thı́ch nào ở thời đi m hiên tại". ̣ Kı́ch thước mới của proton sẽ là môt ch n đông khoa học ̣ ̣ Viêc phát hiên ra kı́ch thước của proton nhỏ hơn so với con s v n được trước đây ̣ ̣ sẽ không tác đông quá nhi u đen cuôc s ng h ng ngay của người dân. Th nhưng, ̣ ̣ n u phát hiên này được chứng minh là chı́nh xác thı̀ đo ng nghı̃a với viêc là sẽ có ̣ ̣ những l i sai căn bản trong vât lı́. ̣ Proton có kı́ch thước nhỏ hơn có nghı̃a là h ng s Rydberg không chı́nh xác. Hoăc ̣ n u h ng s Rydberg là chı́nh xác thı̀ viêc proton có kı́ch thước nhỏ hơn sẽ đo ng ̣ nghı̃a với viêc các phương trı̀nh trong lý thuy t QED không đúng. ̣ "Đó là môt ch n đông và có th sẽ gợi ra những suy nghı̃ hoàn toàn mới v QED, ̣ ̣ tạo ti n đe cho môt lı́ thuy t mới ", ông Jeff Flowers, Phòng Thı́ nghiêm Vât lý Qu c ̣ ̣ ̣ gia Anh, đã phát bi u. Trong thời gian tới , các nhà vât lı́ trên toàn th giới sẽ ti n hành ki m tra, rà soát ̣ viêc thi t lâp các nghiên cứu thử nghiêm, ki m tra và tı́nh toán đe đảm bảo không ̣ ̣ ̣ có những sai sót trong các nghiên cứu này. N u quá trı̀nh này không tı̀m th y l i của các thử nghiêm thı̀ các nhà khoa học sẽ làm viêc đe xây dựng lại kı́ch thước ̣ ̣ tiêu chu n của proton.
Máy lượng tử - đột phá khoa học lớn nhất 2010 Máy lượng tử đầu tiên trên thế giới - thiết bị vận hành theo các quy luật thống trị thế giới bên trong nguyên tử - đã được tạp chí Science bình chọn là đột phá khoa học lớn nhất năm 2010. Tờ Daily Mail đưa tin, tạp chí Science - một trong những tờ báo về nghiên cứu khoa học hàng đầu thế giới mới đây đã công bố danh sách những thành tựu khoa học quan trọng nhất trong năm 2010, bao gồm cả các tiến bộ trong phòng chống HIV, bộ gen nhân tạo, sơ đồ hóa mã gen của người Neanderthal, ... Tuy nhiên, phát minh về máy lượng tử đầu tiên trên thế giới đã được bình chọn là đột phá khoa học lớn nhất của năm. Là sản phẩm sáng chế của các nhà khoa học Mỹ tại Đại học California, Santa Barbara, máy lượng tử bao gồm một mái chèo kim loại nhỏ, vô hình với mắt thường và nhảy múa theo một nhịp điệu lượng tử. Sau khi làm mát mái chèo kim loại tới trạng thái năng lượng thấp nhất có thể, các nhà nghiên cứu đã tìm cách đưa nó vào một trạng thái hoàn toàn là cơ học lượng tử của chuyển động. Điều này đồng nghĩa với việc, mái chèo kim loại chuyển động theo những cách thức kỳ lạ, chưa từng thấy trong thế giới "vĩ mô" của cơ học cổ điển. Ví dụ như, thiết bị có thể ở hai trạng thái cùng một lúc - được gọi là "sự chồng lên nhau" - để vừa dao động một chút vừa lúc lắc rất nhiều trong cùng một thời điểm.
Theo ban biên tập tạp chí Science, thành tựu trên của nhóm nghiên cứu do hai chuyên gia vật lý Andrew Cleland và John Martinis đứng đầu, xứng đáng là đột phá khoa học ấn tượng nhất năm 2010 vì "lần đầu tiên các nhà khoa học đã biểu thị được những hiệu ứng lượng tử trong vận động của một vật thể do con người tạo ra". "Xét về mặt khái niệm, điều này thật tuyệt vời vì nó mở rộng cơ học lượng tử sang một địa hạt hoàn toàn mới. Xét về mặt thực hành, nó mở ra một loạt khả năng khác nhau, từ các thí nghiệm mới, tạo sự kiểm soát lượng tử đối với ánh sáng, dòng điện và chuyển động, tới những thí nghiệm về các giới hạn của cơ học lượng tử và ý thức của chúng ta về thực tại trong tương lai".