11 phát hiện vật lý mang tính đột phá nhất thế giới năm 2014

0
Chia sẻ

Với sự hỗ trợ từ các thiết bị phát hiện phân tử nhạy cảm cao, những hệ thống laser mạnh nhất thế giới và máy lượng tử, các nhà vật lý học trên khắp thế giới đã có những phát hiện vật lý quan trọng trong năm 2014.

11. Những phát hiện đầu tiên về dấu hiệu của vật chất tối

Mặc dù vật chất tối chiếm phần lớn trong vũ trụ, nhưng chúng ta dường như không thể phát hiện được nó từ Trái đất. Hai phát hiện quan trọng trọng năm 2014 đã hé lộ những tia sáng đầu tiên về loại vật chất bí ẩn này.

Vào tháng 9/2014, các nhà khoa học đã sử dụng thiết bị đo quang phổ từ trường Alpha (AMS) để đo các positron (phản hạt của electron) bất thường trong phóng xạ năng lượng cao từ vũ trụ. Họ giải thích rằng các pozitron bất thường này là trạng thái của vật chất tối.

11 phát hiện vật lý mang tính đột phá nhất thế giới năm 2014 - anh 1

Thiết bị đo quang phổ từ trường Alpha (AMS) trên trạm Không gian quốc tế ISS

Vài tháng sau, một nhóm các nhà khoa học đã phát hiện một nguồn khác của vật chất tối. Sử dụng tàu thăm dò XMM-Newton của Cơ quan vũ trụ châu Âu (ESA) và Chandra X-ray của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA), nhóm nghiên cứu đã đo được tia X phát ra đột biến từ thiên hà Andromeda và cụm thiên hà Perseus.

Không phân tử nào mà chúng ta đã biết có thể giải thích sự đột biến này, khiến các nhà khoa học nó là vật chất tối. Hai biện pháp đo này không khẳng định việc phát hiện vật chất tối, nhưng chúng là một bước quan trọng để tìm hiểu vũ trụ của chúng ta bao gồm những gì.

10. Lần đầu tiên xác định được thành phần hóa học của hiện tượng ‘sét hòn’

Sét hòn được ghi nhận từ thế kỷ thứ 16, nhưng tới những năm 1960, phần lớn các nhà khoa học vật lý không tin hiện tượng này là thực. Sét hòn là một quả cầu hay đĩa ánh sáng có đường kính khoảng 3m và chúng chỉ tồn tại trong vài giây.

11 phát hiện vật lý mang tính đột phá nhất thế giới năm 2014 - anh 2

Sét hòn tự nhiên được ghi nhận ở Maastricht, Hà Lan, vào năm 2011

Năm 2014, các nhà khoa học ở Trung Quốc không chỉ đưa ra bằng chứng về sự tồn tại của sét hòn mà còn chụp được quang phổ của hiện tượng cực hiếm này. Quang phổ được sử dụng để xác định thành phần hóa học của sét hòn bởi vì những nguyên tử khác nhau tạo ra năng lượng khác nhau và phát quang phổ khác nhau.

Sau khi phân tích, các nhà vật lý học đã thấy các khoáng chất từ đất. Điều này phù hợp với giả thuyết cho rằng sét hòn hình thành sau khi một chùm tia sét đánh xuống đất. Sét làm silic từ đất bốc hơi, tạo thành các quả cầu silic tương tác với ôxy trong không khí để phát sáng.

9. Mô phỏng thành công phóng xạ từ lỗ đen trong phòng thí nghiệm

Tháng 10/2014, nhà vật lý học Jeff Steinhauer tại Viện nghiên cứu công nghệ Technion-Israel thông báo rằng ông đã mô phỏng thành công phóng xạ thoát ra từ các lỗ đen trong vũ trụ. Ông đã tạo ra một lỗ đen âm thanh trong phòng khí nghiệm để giữ lại ân thanh thay vì. Điều này rất dễ dàng vì âm thanh di chuyển chậm hơn nhiều ánh sáng.

11 phát hiện vật lý mang tính đột phá nhất thế giới năm 2014 - anh 3

Ảnh mô phỏng lỗ đen vũ trụ

Phóng xạ này giống như phóng xạ Hawking, có thể giúp trả lời một câu hỏi hóc búa đối với những nhà vật lý học nghiên cứu lỗ đen vũ trụ. Nếu một mảnh phóng xạ được mã hóa thông tin bên trong, như giá trị xoay tròn của các phân tử, rơi xuống một lỗ đen, liệu thông tin có bị mất?

8. Lần đầu tiên nén dữ liệu lượng tử

Bạn có thể cảm thấy khó chịu khi tốc độ kết nối internet chậm. Thậm chí, tốc độ còn chậm hơn nhiều nếu các máy tính cũ hiện này không thể nén thông tin chúng ta gửi, nhận thường xuyên. Ngay cả khi bạn tạo một tệp nén, thì tệp nén đó vẫn chiếm rất nhiều dung lượng của ổ cứng. Nén dữ liệu máy tính rất quan trọng không chỉ đối với máy tính hiện tại mà còn đối với máy tính của tương lai, như máy tính lượng tử.

11 phát hiện vật lý mang tính đột phá nhất thế giới năm 2014 - anh 4

Các nhà khoa học lần đầu tiên nén thành công dữ liệu lượng tử

Cho đến đầu năm 2014, chưa ai thành công trong việc giảm dữ liệu lượng tử bởi vì rất khó nén loại dữ liệu này và bảo toàn thông tin. Dữ liệu dường như biến mất khi bạn nén nó và bị mất thông tin khi mở ra. Tới tháng 9, các nhà vật lý học tại Canada và Nhật Bản đã lần đầu nén thành công dữ liệu lượng tử. Nhóm nghiên cứu đã nén thông tin có dung lượng 3 qubit thành 2 qubit. Tỷ lệ nén chưa cao, nhưng đây là một bước tiến quan trọng.

7. Tạo ra siêu tân tinh trong phòng thí nghiệm

Siêu tân tinh là hiện tượng một ngôi sao phát nổ giải phóng vật chất của nó vào vũ trụ và tạo ra một vòng sáng ma quỷ bao gồm khí và bụi vật chất hay còn được gọi là tàn dư của siêu tân tinh. Các nhà vật lý thiên thể đã quan sát tàn dư của siêu tân tinh với kích thước và hình dạng khác nhau, nhưng họ vẫn chưa hiểu tại sao chúng lại khác nhau như vậy.

11 phát hiện vật lý mang tính đột phá nhất thế giới năm 2014 - anh 5

Thí nghiệm mô phỏng siêu tân tinh

Năm 2014, một nhóm các vật lý học quốc tế đã sử dụng một trong những hệ thống laser mạnh nhất thế giới là Vulcan ở Anh, để mô phỏng một vụ nổ siêu tân tinh. Họ điều khiển 3 chùm tia laser tập trung vào một thanh carbon có kích thước như một sợi tóc của con người và đốt nóng nó ở nhiệt độ 5,4 triệu độ F. Thanh carbon đã phát nổ tương tự như một siêu tân tinh trong vũ trụ.

6. Nén thành công kim cương để mô phỏng lõi của sao Mộc và sao Thổ

Để tái tạo bên trong của những hành tinh khổng lồ này, các nhà khoa học đã đưa một vật thể giàu carbon, tương tự như kim cương, dưới áp suất và nhiệt độ cao. Kết quả, họ đã nén thành công kim cương xuống 4 lần. Áp suất tăng tới 50 triệu A, gấp 14 lần áp suất tại lõi của Trái đất. Và nhiệt độ thậm chí còn nóng hơn lõi của sao Mộc.

11 phát hiện vật lý mang tính đột phá nhất thế giới năm 2014 - anh 6

Các nhà khoa học chỉ có vài nano giây trước khi kim cương được nén phát nổ để nghiên cứu các đặc tính của nó, như độ cứng. Những gì họ phát hiện giúp chúng ta hiểu rõ hơn các loại vật liệu giàu carbon phản ứng như thế nào dưới áp suất và nhiệt độ cao trong lõ của những hành tinh khổng lồ. Điều này có thể làm sáng tỏ các hành tinh hình thành như thế nào.

5. Truyền thông tin ở dạng ánh sáng xa hơn 4 lần trước đây

Nếu chúng ta có một thế giới kỹ thuật số được điều khiển bằng máy tính lượng tử, thì chúng ta phải học cách truyền thồng thông tin ở dạng mà các nhà khoa học gọi là dữ liệu lượng tử hay qubit, được mã hóa trong những phần tử dưới nguyên tử, như ion hay photon (phần tử ánh sáng).

11 phát hiện vật lý mang tính đột phá nhất thế giới năm 2014 - anh 7

Tháng 9/2014, một nhóm các nhà vật lý học ở Thụy Sĩ đã phá vỡ kỷ lục về truyền thông tin xa nhất. Họ đã thành công trong việc truyền photon với khoảng cách 40 km, xa gấp 4 lần so với kỷ lục và các nhà khoa học lập được vào năm 2003. Nghiên cứu của các nhà khoa học Thụy Sĩ đã được đăng tải trên tạp chí Nature Photonics.

4. Phát triển sợi cáp quang mới có khả năng truyền thông tin tốt hơn

Khi bạn cố gắng truyền các phần tử ánh sáng qua sợi cáp quang, điều cuối cùng bạn muốn là các phần tử di chuyển theo một phương thức lộn xộn. Trường hợp ngoại lệ này đã được các nhà khoa học tại trường đại học Wisconsin-Milwaukee và Clemson phát hiện lần đầu tiên vào năm 2014.

11 phát hiện vật lý mang tính đột phá nhất thế giới năm 2014 - anh 8

Mô phỏng hình ảnh được truyền lộn xộn qua sợi cáp quang

Nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng nếu bạn đưa một dạng lộn xộn vào đúng vị trí, thì bạn có thể cải thiện hình ảnh và một sợi cáp quang tạo ra. Người đứng đầu nhóm nghiên cứu cho biết ưu điểm của loại sợi cáp quang mới là chúng tạo ra hình ảnh có độ phân dải cao hơn hơn sợi cáp quang truyền thống.

3. Phát hiện phân tử mới sau 80 năm dự đoán

Sau gần 80 năm kể từ lần dự đoán đầu tiên, hạt Majorana fermion huyền thoại cuối cùng cũng được quan sát. Các nhà vật lý học tại trường đại học Princeton và Texas (Mỹ) công bố phát hiện của họ vào tháng 10/2014.

11 phát hiện vật lý mang tính đột phá nhất thế giới năm 2014 - anh 9

Hạt Majorana fermions hiếm khi tương tác với môi trường xung quanh. Điều này khiến chúng rất khó bị phát hiện và quan sát. Ở bề mặt, tính chất khó bám khiến chúng trở thành ứng viên hấp dẫn cho những thử nghiệm tương lai, bao gồm truyền dữ liệu lượng tử.

2. Phản ứng tổng hợp hạt nhân tạo ra nhiều năng lượng hơn

Phản ứng tổng hợp hạt nhân tạo ra năng lượng nhiều gấp 4 lần so với quy trình phản ứng hạt nhân tại các nhà máy điện hạt nhân hiện nay. Một vấn đề lớn đối với phản ứng tổng hợp hạt nhân trong ứng dụng phát điện điện là nó đòi hỏi năng lượng cao hơn để tạo ra phản ứng.

11 phát hiện vật lý mang tính đột phá nhất thế giới năm 2014 - anh 10

Bên trong hệ thống đốt cháy quốc gia Mỹ (NIF)

Các nhà khoa học vận hành hệ thống đốt cháy quốc gia Mỹ (NIF) tháng 2/2014 thông báo rằng họ đã đưa chúng ta tiến gần hơn với phản ứng tổng hợp hạt nhân sạch, tiết kiệm năng lượng hơn. Sử dụng hệ thống laser mạnh nhất thế giới, nhóm nghiên cứu đã nén một lượng nhỏ nhiên liệu đủ để kích hoạt một phản ứng tổng hợp hạt nhân trong 2 thí nghiệm được tiến hành vào tháng 9 và 11/2013. Trong mỗi thí nghiệm, họ đã thu được nhiều năng lượng hơn từ nhiên liệu mà họ đưa vào.

1. Giả mã Mặt trời tạo năng lượng thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi

Năng lượng từ Mặt trời rất quan trọng đối với sự sống trên Trái đất. Nhưng cho đến năm 2014, chúng ta vẫn chưa biết rõ lõi của nó hoạt động như thế nào. Tháng 8/2014, một nhóm nghiên cứu tiến hành thí nghiệm Borexino thông báo rằng họ đã quan sát được dạng năng lượng thấp của hạt neutrino mà các nhà khoa học phỏng đoán trong nhiều năm. Chúng được tạo ra trong lõi của Mặt trời thông qua một phản ứng tổng hợp hạt nhân.

11 phát hiện vật lý mang tính đột phá nhất thế giới năm 2014 - anh 11

Thí nghiệm Borexino được thực hiện tại Italia nhằm mục đích tìm kiếm các hạt neutrino năng lượng thấp được tạo ra trong một phản ứng tổng hợp hạt nhân gọi là chuỗi proton-proton. Phản ứng này lần đầu tiên được đưa ra trong những năm 1920 để cung cấp nhiên liệu cho các ngôi sao tương tương hoặc nhỏ hơn Mặt trời và việc phát hiện hạt neutrino đã xác nhận giả thuyết này.

Bình luận

* Vui lòng nhập bình luận tiếng Việt có dấu