Nhờ cái ăng-ten hỏng, các nhà khoa học giải được bí mật 58 năm của ngành vật lý

Gần 60 năm trước, nhà vật lý đoạt giải Nobel Nicolaas Bloembergen đã dự đoán sự tồn tại của cộng hưởng hạt nhân. Nhưng giống như nhiều nhà khoa học vĩ đại khác, những quan sát của ông đã đi trước thời đại đến mức phải mất 58 năm khoa học mới bắt kịp.

Bằng chứng về sự tồn tại của cộng hưởng điện hạt nhân vừa xuất hiện tại một phòng thí nghiệm tại Đại học New South Wales (UNSW), Úc; đây không chỉ là một khám phá ngẫu nhiên, mà còn đến từ… thiết bị nghiên cứu khoa học bị hỏng. Bước đột phá này cho phép các nhà khoa học kiểm soát hạt nhân ở mức độ chưa từng có, và có khả năng sẽ đẩy nhanh sự phát triển của máy tính lượng tử.

Bạn đang xem: Nhờ cái ăng-ten hỏng, các nhà khoa học giải được bí mật 58 năm của ngành vật lý

Ý tưởng đằng sau khám phá này: trạng thái spin của một hạt có thể được kiểm soát bằng điện thay vì bằng từ trường. Điều này có nghĩa là chúng ta có thể tinh chỉnh hạt nhân dễ dàng và chính xác hơn, và dựa trên khả năng này, nhiều lĩnh vực khác, không chỉ máy tính lượng tử, có thể tạo ra đột phá.

Nhà vật lý lượng tử Andrea Morello cho biết: “Khám phá mới này có nghĩa là hiện chúng ta có cách chế tạo máy tính lượng tử bằng cách sử dụng trạng thái spin của một nguyên tử đơn lẻ mà không cần đến từ trường dao động”.

“Hơn nữa, chúng ta có thể sử dụng các hạt nhân này như những cảm biến chính xác cho trường điện và từ, hoặc để giải thích những câu đố cốt lõi của khoa học lượng tử.”

Xem thêm : Xuất hiện bộ ảnh “Game dạy chúng ta điều gì” cực ngộ nghĩnh

Trong một số trường hợp, cộng hưởng điện hạt nhân thậm chí có thể thay thế cộng hưởng từ hạt nhân – một khái niệm xuất hiện trong nhiều lĩnh vực như công nghệ quét toàn thân, chuẩn bị hóa chất, v.v.

Trước đây, cộng hưởng từ hạt nhân đòi hỏi rất nhiều năng lượng và không gian. Bạn có thể thấy điều đó với fMRI. Không chỉ vậy, MRI không phải là công nghệ chính xác: nếu bạn muốn thao tác với từng hạt nhân nguyên tử – đó là mục đích sử dụng máy tính lượng tử hoặc cảm biến vi mô – thì MRI không hiệu quả lắm.

Morello cho biết: “Tạo ra cộng hưởng từ giống như di chuyển một viên bi trên bàn bi-a bằng cách lắc bàn”. “Viên bi vẫn lăn, nhưng những viên bi khác trên bàn cũng bị ảnh hưởng”.

“Bước đột phá của cộng hưởng điện giống như chúng ta có một cây gậy để chọc vào bi ve, để đưa chúng đến nơi chúng ta muốn.”

Từ trái sang phải: Giáo sư Andrea Morello, Tiến sĩ Vincent Mourik và Tiến sĩ Serwan Asaad

Xem thêm : NVIDIA thừa nhận sai lầm lớn khi vô tình tự bẻ khóa tính năng hạn chế đào coin của RTX 3060

Trong khi thử nghiệm với cộng hưởng từ hạt nhân, các nhà nghiên cứu tại UNSW đã giải quyết được bí ẩn mà Bloembergen đã đặt ra vào năm 1961, và lỗi phần lớn nằm ở ăng-ten bị lỗi. Sau một thời gian dài đau đầu vì kết quả bất ngờ, các nhà khoa học cuối cùng đã nhận ra: Thiết bị của họ bị hỏng và hậu quả là xảy ra hiện tượng cộng hưởng hạt nhân.

Bằng cách tái tạo thí nghiệm bằng mô hình máy tính, nhóm nghiên cứu có thể quan sát cách điện trường ảnh hưởng đến hạt nhân ở cấp độ nguyên tử, khiến các liên kết nguyên tử xung quanh hạt nhân bị biến dạng và sắp xếp lại.

Bây giờ họ đã biết rằng cộng hưởng điện hạt nhân tồn tại, họ sẽ tìm ra cách áp dụng nó vào thực tế. Danh sách các đột phá khoa học “tình cờ” vừa dài thêm.

Giáo sư Morello cho biết: “Cột mốc này sẽ mở ra một loạt các khám phá và ứng dụng hoàn toàn mới. Hệ thống chúng tôi tạo ra đủ phức tạp để nghiên cứu thực tế từ góc độ lượng tử”.

“Hơn nữa, chúng ta có thể sử dụng các hệ thống hiện có để tạo ra các cảm biến trường điện từ có độ nhạy chưa từng có.”

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature.

Xem ScienceAlert

Nguồn: https://tuyengiaothudo.vn
Danh mục: Tin tức