“Não chim” thường là một từ lăng mạ, nhưng điều đó có thể sớm phải thay đổi. Một cái la bàn kích hoạt bằng ánh sáng nằm tại mặt sau của con mắt của một số loài chim có thể bảo quản các electron ở những trạng thái lượng tử mong manh trong thời gian lâu hơn so với các hệ thống nhân tạo tốt nhất.
Các loài chim di trú định phương bằng cách cảm nhận từ trường của Trái đất, nhưng cơ chế chính xác hoạt động như thế nào thì chẳng ai được rõ. Người ta cho rằng bồ câu hoạt động trên các miếng magnetite trên mỏ của chúng. Những loài chim khác, thí dụ như con chim cổ đỏ châu Âu (xem hình), có lẽ hoạt động dựa vào những biến đổi hóa chất do ánh sáng kích hoạt phụ thuộc vào sự định hướng tương đối của con chim so với từ trường Trái đất.
Một quá trình gọi là cơ chế cặp căn (RP) được cho là cơ sở của phương pháp vừa nói. Trong cơ chế này, ánh sáng kích thích hai electron trên một phân tử và bắn một trong hai electron lên một phân tử thứ hai. Mặc dù hai electron tách biệt nhau, nhưng spin của chúng liên hệ thông qua sự vướng víu lượng tử.
Cuối cùng thì các electron dừng lại, phá vỡ trạng thái lượng tử này. Tuy nhiên, trước khi điều này xảy ra, từ trường của Trái đất có thể làm biến đổi sự thẳng hàng tương đối của các spin electron, thành ra làm biến đổi các tính chất hóa học của các phân tử có liên quan. Một con chim khi đó có thể sử dụng nồng độ của các hóa chất ở những điểm khác nhau trong mắt của nó để suy luận ra sự định hướng của nó.
Có một cái la bàn trong mắt của tôi đấy! (Ảnh: Kim Taylor/NsaturePL)
Bị cuốn hút bởi ý tưởng rằng, nếu cơ chế RP là chính xác, thì một trạng thái lượng tử mong manh có thể tồn tại ở một nơi bận rộn như phía sau một con mắt, Erik Gauger thuộc trường Đại học Oxford cùng các đồng nghiệp đã bắt tay vào tìm hiểu xem các electron đó giữ nguyên trạng thái vướng víu được bao lâu.
Họ chuyển sang các kết quả thu về từ những thí nghiệm mới đây trên loài chim cổ đỏ châu Âu, theo đó các chim bị bắt giữ được đặt trong từ trường đảo hướng có cường độ khác nhau trong mùa di trú của chúng. Các kiểm tra cho thấy một từ trường cỡ 15 nano Tesla, chưa tới một phần nghìn độ lớn của từ trường Trái đất, là đủ để gây cản trở cho sự cảm nhận hướng của chim (Biophysical Journal, DOI: 10.1016/j.bpj.2008.11.072).
Những từ trường dao động này sẽ chỉ làm gián đoạn la bàn từ của chim trong khi các electron vẫn ở trạng thái vướng víu. Vì từ trường yếu hơn mất nhiều thời gian hơn để làm biến đổi spin của một electron, cho nên đội nghiên cứu tính được rằng để cho những từ trường nhỏ như vậy có sự tác động mạnh lên các la bàn của chim, thì các electron phải bị vướng víu trong thời gian ít nhất là 100 micro giây. Công trình của họ sẽ đăng trên tạp chí Physical Review Letters.
Đội nghiên cứu cho biết, các electron sống thọ nhất trong một hệ lượng tử nhân tạo – một hộp nguyên tử carbon với một nguyên tử nitrogen tại tâm của nó – chỉ tồn tại trong chừng 80 micro giây ở nhiệt độ có thể so sánh được. “Vì lí do gì đó chưa rõ, tự nhiên luôn có thể bảo vệ sự kết hợp lượng tử tốt hơn cái chúng ta có thể làm với các phân tử được thiết kế đặc biệt nào đó”, phát biểu của một thành viên đội nghiên cứu, Simon Benjamin thuộc Trung tâm Công nghệ Lượng tử ở Singapore.
Thorsten Ritz ở trường Đại học California, Irvine, người đã giúp thực hiện các thí nghiệm chim cổ đỏ, cảnh báo rằng cơ chế RP cho đến nay chưa được xác nhận. Nhưng ông thật hứng thú trước viễn cảnh của các electron trường thọ. “Có lẽ chúng ta có thể học được ở tự nhiên làm thế nào bắt chước cơ chế này”, ông nói.
Theo New Scientist
