Tạo ra ánh sáng từ cái “hầu như hư vô”

chân không lượng tử tạo ra ánh sáng

a) Hình vẽ hình dung qua kính hiển vi quang học của dụng cụ. Những chỗ sáng là Al, còn những chỗ tối là chất nền Si. b) Ảnh chụp hiển vi điện tử quét của SQUID. Ảnh: arXiv:1105.4714v1

Một nhóm nhà vật lí làm việc tại trường Đại học Công nghệ Chalmers ở Gothenburg, Thụy Điển, vừa thành công trong việc chứng minh cái cho đến nay vẫn chỉ là lí thuyết; và đó là những photon nhìn thấy có thể được tạo ra từ những hạt ảo mà người ta cho là tồn tại trong chân không lượng tử. Trong một bài báo đăng tải trên trang arXiv, đội nghiên cứu đã mô tả cách thức họ sử dụng để đặc biệt tạo ra một mạch điện gọi là dụng cụ giao thoa lượng tử siêu dẫn (SQUID) để điều biến một sợi dây dài xấp xỉ 5% tốc độ ánh sáng, tạo ra những “tia lửa điện” có thể trông thấy từ cái trống rỗng của chân không.

Thí nghiệm trên cho thấy hiệu ứng Casimir không chỉ là lí thuyết; hiệu ứng mang tên nhà vật lí người Hà Lan Hendrik B. G. Casimir, người cùng với Dirk Polderfirst, hồi cuối thập niên 1940, đề xuất ý tưởng về một lực tồn tại trong chân không; một lực mà nếu được xử lí thích hợp giữ hai bản kim loại, hoặc hai cái gương, sẽ mang lại sự sản sinh ra photon.

Ý tưởng là trong mọi chân không, các hạt ảo liên tục thoắt ẩn thoắt hiện; và chúng có biểu hiện sóng. Hiệu ứng Casimir đề xuất rằng nếu hai cái gương rất mỏng được đặt rất gần nhau, đủ gần sao cho khoảng cách giữa chúng nhỏ hơn chiều dài của một số sóng ảo trên, thì sẽ có một lực được sinh ra do số lượng hạt bên ngoài không gian giữa hai gương sinh sôi nhiều hơn số hạt tồn tại giữa chúng, gây ra một lực hút tác dụng lên hai gương, kéo chúng lại gần nhau. Lực được tạo ra đó, như lí thuyết chứng minh, có thể dùng để sản sinh ra photon.

Sau này, các nhà nghiên cứu đề xuất rằng người ta có thể thu được hiệu ứng tương tự, chỉ cần sử dụng một gương, nếu như nó chuyển động tới lui rất nhanh; và đó là phương pháp mà đội nghiên cứu đã sử dụng trong thí nghiệm trên. Chuyển động nhanh của gương đóng vai trò phân tách những cặp hạt ảo khi đó cung cấp năng lượng để biến đổi những hạt ảo đó thành photon thật, đó là cái xảy ra trong SQUID, cho phép đội nghiên cứu nhìn thấy các photon sinh ra.

Nghiên cứu trên, mặc dù thỏa mãn lí thuyết, nhưng nó không thật sự mang lại nhiều lợi ích cho những ứng dụng thực tế, ít nhất là cho đến thời điểm này; nhưng điều đó không có nghĩa là những phát triển mới phát sinh từ nghiên cứu này không thể dẫn tới cái gì đó sáng giá hơn, thí dụ như một phương tiện khai thác năng lượng từ chân không vũ trụ dùng để đẩy tên lửa khi nó chuyển động trong vũ trụ xa xăm.

Nguồn: PhysOrg.com