Giải Nobel Vật Lý năm 2023 vừa được trao cho ba nhà vật lý: Pierre Agostini, Ferenc Krausz và Anne L’Huillier, vì công trình nghiên cứu thế giới điện tử.
Ủy ban Nobel cho biết hôm nay, Thứ Ba, 3 Tháng Mười cho rằng những nhà vật lý này “đang được công nhận vì những thí nghiệm mang lại cho nhân loại những công cụ mới để khám phá thế giới electron bên trong nguyên tử và phân tử. Pierre Agostini, Ferenc Krausz và Anne L’Huillier đã chứng minh được một cách tạo ra những xung ánh sáng cực ngắn có thể dùng để đo lường một cách ‘nhanh như chớp’ các electron chuyển động hoặc thay đổi năng lượng.”
Agostini là giáo sư danh dự đại học Ohio State University. Krausz liên kết với Max Planck Institute of Quantum Optics (Viện Quang học Lượng tử Max Planck) và đại học Ludwig Maximilian University ở Munich. L’Huillier là giáo sư tại đại học Lund University ở Thụy Điển và là người phụ nữ thứ năm được trao giải vật lý.
Khám phá atto giây
Khi được con người cảm nhận, các sự kiện chuyển động nhanh sẽ hòa vào nhau tương tự như cách một cuốn sách lật chứa các hình ảnh tĩnh có thể được coi là chuyển động liên tục. Để điều tra tốt hơn những sự kiện cực kỳ ngắn ngủi này, cần có công nghệ đặc biệt.
Trong thế giới của các điện tử, những thay đổi này xảy ra trong một atto giây, hoặc chỉ 1/1,000,000 của một phần nghìn tỷ giây. Một atto giây ngắn đến mức số atto giây trong một giây bằng số giây kể từ khi vũ trụ ra đời khoảng 13.8 tỷ năm trước.
Chuyển động của electron trong nguyên tử và phân tử được đo bằng atto giây này. Theo ủy ban trao giải, Agostini, Krausz và L’Huillier đã tiến hành các thí nghiệm chứng minh làm thế nào các xung atto giây thực sự có thể được quan sát và đo lường.
Âm bội của ánh sáng
Năm 1987, L’Huillier phát hiện ra rằng nhiều âm bội khác nhau của ánh sáng phát sinh khi bà truyền ánh sáng laser hồng ngoại qua một loại khí hiếm. Mỗi âm bội riêng lẻ là một sóng ánh sáng có số chu kỳ nhất định cho mỗi chu kỳ trong ánh sáng laser. Các âm bội được gây ra bởi ánh sáng laser tương tác với các nguyên tử trong chất khí. Chúng cung cấp thêm năng lượng cho một số electron, sau đó phát ra dưới dạng ánh sáng.
Trong gần bốn thập niên kể từ đó, L’Huillier đã tiếp tục khám phá hiện tượng này và đặt nền móng cho những đột phá tiếp theo.
Năm 2001, Agostini chế tạo và nghiên cứu một loạt xung ánh sáng liên tiếp. Trong những thí nghiệm này, mỗi xung chỉ kéo dài 250 atto giây. Đồng thời, Krausz đang thực hiện một loại thử nghiệm khác. Thí nghiệm của ông cho phép cô lập một xung ánh sáng duy nhất kéo dài 650 atto giây.
Công việc này cho phép nghiên cứu các quá trình vật lý diễn ra nhanh đến mức trước đây chúng không thể theo dõi được. “Bây giờ chúng ta có thể mở cánh cửa đến thế giới điện tử. Vật lý Atto giây cho chúng ta cơ hội hiểu được các cơ chế chịu sự chi phối của các điện tử. Bước tiếp theo sẽ là sử dụng chúng,” Chủ tịch Ủy ban Nobel Vật lý Eva Olsson cho biết trong một tuyên bố.
Công trình đột phá này có tiềm năng ứng dụng trong điện tử và y học trong tương lai. Trong điện tử, việc hiểu và kiểm soát cách thức hoạt động của các electron trong vật liệu là rất quan trọng. Các xung atto giây cũng có thể xác định các phân tử khác nhau trong chẩn đoán y tế trong tương lai.
“Cũng giống như cách một nhiếp ảnh gia có thể sử dụng tia sáng để chụp cánh chim ruồi hoặc một quả bóng chày bị đánh trúng, những người đoạt giải Nobel năm nay đã phát triển các phương pháp mang tính cách mạng để tạo ra và đo các xung laser cực nhanh có thể chụp được một số khoảnh khắc nhanh nhất,” nhà vật lý N. Peter Armitage của đại học James Hopkins University nói với PopSci trong một email.
“Trong số các khía cạnh khác, công trình của họ mang lại cái nhìn sâu sắc về chuyển động của các electron giữa các nguyên tử và cho phép tạo ra các đoạn phim về phản ứng hóa học. Đó là khoa học cơ bản đáng chú ý và được thực hiện vì lý do đó, nhưng những khám phá này cuối cùng có thể cho phép hiểu rõ hơn về những tác động tạo ra tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao và thu năng lượng hiệu quả từ ánh sáng.”
Giải Nobel Vật Lý những năm trước:
2022 – Alain Aspect, John Clauser người Mỹ và Anton Zeilinger người Áo để nghiên cứu về cơ học lượng tử – ngành khoa học mô tả tự nhiên ở quy mô nhỏ nhất;
2021 – Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann và Giorgio Parisi được trao giải vì đã nâng cao hiểu biết về các hệ thống phức tạp, chẳng hạn như khí hậu Trái đất;
2020 – Roger Penrose, Reinhard Genzel và Andrea Ghez nhận giải thưởng cho công trình nghiên cứu về bản chất của lỗ đen;
2019 – James Peebles, Michel Mayor và Didier Queloz chia nhau giải thưởng cho những khám phá đột phá về Vũ trụ;
2018 – Donna Strickland, Arthur Ashkin và Gerard Mourou được trao giải thưởng cho những khám phá của họ trong lĩnh vực vật lý laser.
(tổng hợp)
