Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC vừa sử dụng laser tia X mạnh nhất thế giới lần đầu tiên tạo ra và khảo sát một mảnh vật chất hai triệu độ theo kiểu điều khiển được. Kì công này đưa các nhà khoa học tiến thêm một bước hướng đến việc tìm hiểu vật chất cực kì đặc tại tâm của các ngôi sao và những hành tinh khổng lồ, và có thể hỗ trợ các thí nghiệm nhắm tới việc tái tạo quá trình nhiệt hạch hạt nhân đã cấp nguồn cho mặt trời.
Các thí nghiệm được tiến hành tại Nguồn Sáng Kết hợp Linac (LCLS) thuộc SLAC, thiết bị có những xung laser cực nhanh sáng gấp một tỉ lần so với bất kì nguồn tia X nào có trước nó. Các nhà khoa học đã sử dụng những xung tia X đó chiếu lên một miếng lá nhôm nhỏ xíu, tạo ra cái gọi là “vật chất nóng đặc”, và xác định nhiệt độ của plasma rắn này – khoảng hai triệu độ Celsius. Toàn bộ quá trình xảy ra chưa tới một phần nghìn tỉ của một giây.
“Laser tia X LCLS là một cỗ máy thật sự tiên tiến,” phát biểu của Sam Vinko, một nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ tại trường Đại học Oxford và là tác giả đứng tên đầu của bài báo công bố trên tạp chí Nature. “Việc tạo ra vật chất cực kì nóng và đậm đặc có tầm quan trọng khoa học cơ bản nếu chúng ta muốn tìm hiểu các điều kiện tồn tại bên trong các ngôi sao và tại tâm của hành tinh khí khổng lồ trong và ngoài hệ mặt trời của chúng ta.”
Ảnh chụp cho thấy phần bên trong của buồng thực nghiệm Nguồn Sáng Kết hợp Linac SXR. Chính giữa là vật chứa chất liệu mà laser LCLS biến đổi thành vật chất nóng đặc. Bên trái là một quang phổ kế XUV và bên phải là một laser nhỏ màu đỏ dùng để canh chỉnh và định vị. Ảnh: Đại học Oxford/ Sam Vinko
Lâu nay các nhà khoa học đã có thể tạo ra plasma từ chất khí và nghiên cứu nó với laser thông thường. Nhưng chưa có công cụ nào làm được việc đó ở tỉ trọng chất rắn vốn không thể xâm nhập bằng những chùm laser thông thường.
“LCLS, với bước sóng cực ngắn của ánh sáng laser tia X của nó, là thiết bị đầu tiên có khả năng xuyên thấu một chất rắn đặc và tạo ra một mảng plasma đồng đều – trong trường hợp này là một hình lập phương mỗi cạnh bằng một phần nghìn của một centi mét – và đồng thời khảo sát nó,” Bob Nagler tại SLAC, đồng tác giả của bài báo trên, cho biết.
Các phép đo thu được sẽ được mang vào lí thuyết và những mô phỏng máy tính của cách thức vật chất nóng đặc hành xử. Dữ liệu này có thể giúp các nhà khoa học phân tích và tái tạo quá trình nhiệt hạch hạt nhân đã cấp nguồn cho mặt trời.
“60 giờ khi chúng tôi lần đầu tiên chiếu LCLS vào một chất rắn là 60 giờ hào hứng nhất trong sự nghiệp khoa học của tôi,” phát biểu của Justin Wark, người lãnh đạo nhóm Oxford. “Theo tôi, LCLS thật sự đang làm cách mạng hóa lĩnh vực nghiên cứu trên.”
Xuân Nguyễn – thuvienvatly.com
Nguồn: SLAC
