Ảnh: istockphoto.com
Một hệ lượng tử có thể được làm lạnh bằng một làn ánh sáng nóng phi kết hợp. Đó là kết luận bất ngờ của các nhà vật lí lí thuyết ở Đức. Họ chứng minh được rằng tốc độ lạnh đi thỉnh thoảng có thể tăng lên bằng cách cho hệ tiếp xúc với một thực thể nóng. Phương pháp như vậy – cho đến nay chưa được kiểm tra trong phòng thí nghiệm – có thể mang lại một cách đơn giản để làm lạnh các dụng cụ lượng tử.
Kể từ thập niên 1980, các nhà vật lí đã làm lạnh các chất khí nguyên tử bằng cách sử dụng ánh sáng laser kết hợp. Phương pháp này hoạt động bằng cách cho các nguyên tử hấp thụ và phát xạ photon sao cho các nguyên tử dần dần mất xung lượng. Kĩ thuật này chỉ hoạt động nếu ánh sáng là kết hợp – nếu không có tính kết hợp, ánh sáng sẽ làm nóng chất khí.
Nhưng nay Jens Eisert và Andrea Mari thuộc trường Đại học Berlin vừa đi đến một phương pháp sử dụng ánh sáng phi kết hợp để làm lạnh một hệ lượng tử. Hệ này là một dao động tử cơ lượng tử kết hợp với hai mode quang – tuy nhiên, Eisert nhấn mạnh rằng phương pháp có thể áp dụng cho nhiều hệ lượng tử ba mode khác.
Các mode nóng và lạnh
Quá trình bắt đầu với dao động tử cơ ở một trạng thái năng lượng cao hay trạng thái nóng. Một trong những mode quang là lạnh, nghĩa là năng lượng có thể chảy từ dao động tử sang mode lạnh – làm dao động tử lạnh đi.
Mode quang thứ hai là nóng, nghĩa là nó gồm một số lượng lớn những photon phi kết hợp và chịu sự thăng giáng nhiệt. Theo tính toán của Eisert và Mari, mode nóng này có hai tác dụng lên nhiệt độ của dao động tử cơ. Một tác dụng là hiển nhiên: mode nóng là dao động tử nóng lên. Tác dụng thứ hai ngoài trông đợi là các thăng giáng trong mode nóng làm tăng tốc độ năng lượng truyền từ dao động tử sang mode lạnh. Điều quan trọng cho một ứng dụng thực tiễn của kĩ thuật trên là đảm bảo tác dụng thứ hai vừa nói là tác dụng trội.
Eisert cho biết hệ trên tương tự với một transistor, trong đó sự tác dụng nhiệt ở mode quang nóng mang lại sự tăng tỉ lệ ở dòng nhiệt truyền từ dao động tử cơ sang mode lạnh.
Theo Eisert, một số nhóm thực nghiệm hiện đang khảo sát việc hiện thực hóa hệ trên trong phòng thí nghiệm. Những ứng dụng có thể có của tác dụng trên như sự làm lạnh các dụng cụ lượng tử, thí dụ đồng hồ nguyên tử, hoặc những bộ cộng hưởng cơ nhỏ xíu sử dụng ánh sáng phi kết hợp phát ra các LED tương đối không đắt.
Nguồn: physicsworld.com
