Đột phá lớn trong nghiên cứu: Các nhà khoa học tạo ra được "ánh sáng lỏng" tại nhiệt độ phòng

Lần đầu tiên trong lịch sử, các nhà vật lý học đã tạo ra được “dung dịch ánh sáng” ngay tại nhiệt độ phòng. Đột phá này cho ta một cách tiếp cận dễ dàng hơn tới dạng vật chất vô cùng kì lạ này.

Thứ vật chất này vừa là chất siêu lỏng – không có ma sát và cũng không có tính nhầy mà lại vừa mang trạng thái ngưng tụ Bose-Einstein – được một số nhà khoa học gọi là dạng vật chất thứ năm, cho phép ánh sáng có thể tràn qua bề mặt vật chất, qua từng góc cạnh của nó.

Thông thường, ánh sáng là các sóng luôn du hành theo đường thẳng. Đó là lý do vì sao bạn không thể nhìn xuyên qua được một vật gì đó: ánh sáng không thể uốn mình đi qua vật thể và tới mắt bạn được. NHƯNG, tại những điều kiện nhất định, ánh sáng có tính chất như một chất lỏng và có thể “chảy” qua được vật thể.

Trạng thái ngưng tụ Bose-Einstein được các nhà vật lý học chú ý tới là do trong trạng thái này, vật lý cổ điển bỗng trở thành vật lý lượng tử, vật chất bằng đầu có những tính chất của sóng. Chúng biến thành dạng gần giống sóng khi nhiệt độ của chúng càng gần với độ Không tuyệt đối (absolute zero), tuy nhiên trạng thái ấy chỉ tồn tại trong một phần giây rất nhỏ.

Nhưng trong nghiên cứu mới này, các nhà vật lý học chỉ ra rằng họ đã tạo được trạng thái ngưng tụ Bose-Einstein tại nhiệt độ phòng và đạt được bằng cách kết hợp ánh sáng với vật chất theo một cách khá ... quái dị. Họ so sánh kết quả của mình đạt được với con quái vật Frankeinstein vậy.

“Một đột phá cực kì tuyệt vời trong nghiên cứu của chúng tôi đó là thể hiện được rằng tính siêu lỏng có thể xảy ra ở nhiệt độ phòng, dưới những điều nhiệt nhất định, với việc sử dụng những hạt ánh sáng-vật chất được gọi là hạt phân cực – polariton”, trưởng ban nghiên cứu, Daniele Sanvitto từ Viện Công nghệ nano CNR NANOTEC tại Ý phát biểu.

Việc tạo ra những hạt phân cực cần tới những thiết bị cực kì hiện đại và yêu cầu kĩ năng chỉnh sửa vật chất ở mức nano. Các nhà khoa học kẹp một lớp phân tử hữu cơ dày 130 nanomet giữa hai lớp gương đó độ phản chiếu cực lớn, phóng vào đó một tia laser trong vòng 35 femto-giây (1 femto-giây = 1/1.000.000.000.000.000 giây; một phần một triệu tỷ giây).

“Với cách này, chúng ta có thể kết hợp các đặc tính của photon – ví dụ như tốc độ nhanh – với những sự tương tác mạnh mẽ khác nhờ có các electron nằm trong phân tử vật chất hữu cơ”, nhà nghiên cứu Stéphane Kéna-Cohen tới từ École Polytechnique, Montreal, Canada nói.

Kết quả mà họ có được là một thứ chất siêu lỏng có một số đặc tính đặc biệt và kì lạ.

Dưới điều kiện thường, khi mà dung dịch chảy, nó tạo nên những gợn sóng và những xoáy nước nhỏ - không phải là đặc tính của một siêu chất lỏng thường có. Như hình bên dưới, bạn có thể thấy dòng chảy của các hạt phân cực bị ảnh hưởng và tạo ra sóng trong điều kiện thường (nửa hình trên), nhưng lại chảy rất bình thường trong siêu chất lỏng (nửa hình dưới):

“Trong siêu chất lỏng, sự hỗn loạn này được nén lại xung quanh những vật cản trước dòng chảy, khiến cho dòng chảy vẫn tiếp tục diễn ra bình thường”, Kéna-Cohen nói.

Các nhà nghiên cứu cũng nói thêm rằng kết quả của nghiên cứu đột phá này sẽ mở đường cho chúng ta tiến sâu hơn vào lĩnh vực thủy động lực lượng tử, và bên cạnh đó cũng mở lối cho những thiết bị phân cực có thể hoạt động được ở nhiệt độ phòng, qua đó cho ta những công nghệ của tương lai thực thụ. Có thể kể đến việc sản xuất ra những vật chất siêu dẫn như đèn LED, tấm năng lượng Mặt Trời hay các hệ thống tia laser.

“Việc có thể quan sát được những hiệu ứng này dưới điều kiện thường có thể cho chúng ta thêm cơ hội nghiên cứu vô vàn thứ khác trong tương lai”, đội ngũ kết luận. “Không chỉ nghiên cứu những hiện tượng liên quan tới ngưng tụ Bose-Einstein, mà cũng vẽ ra tương lai của những thiết bị áp dụng được công nghệ siêu lỏng này, nơi mà những xáo trộn hỗn loạn có thể bị gạt bỏ và những hiện tượng chưa ai ngờ tới sẽ được khám phá ra”.

Nghiên cứu này đã được đăng tải trên tạp chí Nature.