Một cột trụ của vật lí học có lẽ sẽ phải xét lại nếu các kết quả tại Viện Tiêu Chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mĩ (NIST) được xác nhận. Những thí nghiệm mới đây cho thấy những dự đoán chặt chẽ nhất xây dựng trên lí thuyết cơ bản của lực điện từ - một trong bốn lực cơ bản trong tự nhiên, và được khai thác trong mọi dụng cụ điện tử - có thể không giải thích chính xác cho hành trạng của các nguyên tử ở những trạng thái khác lạ, tích điện cao.
Lí thuyết bị nghi vấn là điện động lực học lượng tử, hay QED, lí thuyết được các nhà vật lí đánh giá cao trong hàng thập niên qua vì nó liên tục thành công trong việc mô tả những tác động của lực điện từ lên vật chất. Đặc biệt, QED hết sức hữu ích trong việc mô tả hành trạng của các electron quay xung quanh mỗi hạt nhân nguyên tử. Trước sự thành công của QED, chẳng có lí do gì để nghi ngờ rằng nó không đưa ra được một bức tranh hoàn chỉnh của thực tại, cho nên các nhà khoa học luôn tìm những cơ hội kiểm tra nó với độ chính xác ngày càng cao.
Thiết bị Bẫy Electron Chùm Ion của NIST.
Một cách kiểm tra QED là chọn một nguyên tử tương đối nặng – ví dụ như titanium hoặc sắt – và tước đi phần lớn electron quay xung quanh hạt nhân của nó. “Nếu tước đi 20 trong số 22 electron của nguyên tử titanium, thì nó trở thành một ion tích điện cao trông chẳng khác gì một nguyên tử helium đã co lại bằng một phần mười kích cỡ ban đầu của nó,” phát biểu của nhà vật lí John Gillaspy, một thành viên của đội nghiên cứu. “Trớ trêu thay, ở trạng thái khác lạ này, các tác động của QED được phóng đại lên, vì thế chúng ta có thể khảo sát chúng chi tiết hơn.”
Trong số nhiều thứ QED làm tốt là dự đoán cái sẽ xảy ra khi một electron đang quay xung quanh hạt nhân va chạm với một hạt đi qua. Electron bị kích thích đó tạm thời nhảy lên một trạng thái năng lượng cao hơn nhưng nhanh chóng rơi trở lại trạng thái cơ bản của nó. Trong quá trình đó, nó phát ra một photon ánh sáng, và QED cho biết photon đó sẽ có màu gì (hay bước sóng bao nhiêu). Đội khoa học tại NIST tìm thấy các electron ở những ion tích điện cao giống-helium bị kích thích theo kiểu này giải phóng ra những photon khác nổi bật về màu sắc so với QED tiên đoán.
Trong khi những kết quả trên đã đủ hấp dẫn để công bố báo chí, nhưng Gillaspy cho biết ông hi vọng những kết quả đó sẽ kích thích các nhà khoa học khác đo các photon phát ra như thế với độ chính xác cao hơn nữa. Hiện nay, đội tại NIST đang chuẩn bị cho công bố những kết quả đo những màu sắc ánh sáng khác phát ra từ những nguyên tử lạ đó để củng cố thêm cho kết quả ban đầu của họ.
“Cái thí nghiệm NIST tìm thấy đủ sức hấp dẫn nên nó đáng được lưu tâm,” phát biểu của giáo sư Jonathan Sapirstein tại trường ĐH Notre Dame. “Nên có những tính toán độc lập để xác nhận lí thuyết, và cũng nên có những thí nghiệm khác để xác nhận những kết quả trên. Tuy nhiên, nếu không tìm thấy sai sót nào trong lí thuyết và thí nghiệm NIST là đúng, thì hẳn phải có cơ sở vật lí mới nằm ngoài QED.”
Tham khảo: DOI 10.1103/PhysRevLett.109.153001
123physics (thuvienvatly.com)
Theo NIST, PhysOrg.com
