Tạp chí Physics World vừa công bố danh sách bình chọn 10 đột phá vật lí của năm 2012. Theo đó, danh hiệu Đột phá của Năm 2012 thuộc về “nhóm hợp tác ATLAS và CMS tại CERN cho sự cùng khám phá ra một hạt giống-Higgs tại Máy Va chạm Hadron Lớn”. Tiêu chí bình chọn như sau:
- Nghiên cứu có tầm quan trọng căn bản
- Sự tiến bộ đáng kể về nhận thức/kiến thức
- Liên hệ mạnh giữa lí thuyết và thực nghiệm
- Thu hút sự quan tâm của mọi nhà vật lí
Đột phá của năm: CERN khám phá ra boson giống-Higgs
Một trong nhiều va chạm proton – proton tại CMS
Năm 2012, CERN đã gây đình đám không chỉ riêng trong cộng đồng vật lí mà lan rộng trên khắp các phương tiện thông tin đại chúng khi hôm 4 tháng 7 hai thí nghiệm chính ATLAS và CMS cùng công bố đã khám phá ra một hạt na ná như boson Higgs với độ tin cậy 5 sigma và hạt mới có khối lượng khoảng 125 GeV/c2.
Boson Higgs là mảnh còn thiếu duy nhất của Mô hình Chuẩn của ngành vật lí hạt. Mặc dù hạt mới phát hiện cần có thêm dữ liệu phân tích và xác nhận, nhưng đa phần cộng đồng vật lí đều tin rằng họ đã chộp được hạt sơ cấp vốn khó nắm bắt và trên giả thuyết là hạt cung cấp khối lượng cho mọi hạt khác trong vũ trụ này.
Các nhà vật lí đang háo hức trông ngóng những khám phá mới sẽ xuất hiện khi LHC chạy ở mức năng lượng đầy đủ 13 TeV, sau đợt nghỉ bảo dưỡng nâng cấp bắt đầu từ ngày 11 tháng 2, 2013. Trong thời gian chờ đợi, các nhà nghiên cứu ATLAS và CMS vẫn còn một lượng lớn dữ liệu vừa thu được để phân tích.
Dưới đây là 9 đột phá còn lại của năm 2012. Các thành tựu trình bày ngẫu nhiên, không có xếp thứ hạng.
Fermion Majorana là những hạt đồng thời là phản hạt của chúng và lần đầu tiên được đề xuất vào năm 1937 bởi nhà vật lí người Italy Ettore Majorana. Gần đây hơn, các nhà vật lí cho rằng những giả hạt giống-Majorana có thể đang ẩn náu trong những chất liệu có những tính chất tô pô học đặc biệt. Nay Leo Kouwenhoven và các đồng sự đã tìm thấy những dấu hiệu đầu tiên của fermion Majorana tại lớp tiếp giáp giữa một chất siêu dẫn tô pô học và một chất bán dẫn. Người ta hi vọng các fermion Majorana sẽ không bị tác động của nhiệt nhiễu từ môi trường và do đó có thể hữu ích trong các máy vi tính lượng tử.
Vi phạm đối xứng nghịch đảo thời gian
Các nhà vật lí đã chờ đợi gần suốt 50 năm trời cho một quan sát trực tiếp của sự vi phạm đối xứng nghịch đảo thời gian (T). Nay các nhà nghiên cứu phân tích số liệu thu tại máy dò hạt BaBar tại cơ sở PEP-II thuộc Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia SLAC ở California đã làm được điều đó. Nhóm hợp tác đã tập trung vào các chuyển tiếp giữa những trạng thái của meson B0 và tìm thấy các tốc độ chuyển tiếp là khác nhau. Trong khi sự vi phạm đối xứng T không có gì là bất ngờ, nhưng phép đo thực nghiệm trực tiếp của nó là một sự xác nhận quan trọng của lí thuyết trường lượng tử.
Chuyển động của những đám thiên hà ở xa có thể cho chúng ta biết nhiều về vũ trụ đã hình thành như thế nào và còn làm sáng tỏ bí ẩn của vật chất tối và năng lượng tối. Chừng 40 năm trước đây, các nhà vật lí người Nga Rashid Sunyaev và Yakov Zel'dovich đã tính được rằng chuyển động này có thể quan sát được bằng cách đo một sự lệch nhiệt độ nhỏ trong bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB). Nay Nick Hand và các đồng sự tại ACT và BOSS đã làm được điều đó mang lại một thành tựu nữa quan trọng của vũ trụ học chính xác.
Nhìn xuyên qua những chất mờ đục
Nhiều kĩ thuật y khoa hiện đại hoạt động dựa trên khả năng xâm nhập vào bên trong cơ thể con người, với các kĩ thuật đa dạng từ tia X cho đến chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân đã được phát triển để đáp ứng yêu cầu đó. Tuy nhiên, vì mô sống là mờ đục đối với phần lớn phổ điện từ - bao gồm cả ánh sáng nhìn thấy – nên các bác sĩ bị hạn chế năng lực bởi cái họ có thể “nhìn thấy”. Nay Allard Mosk và các đồng sự sử dụng một hiệu ứng thường gặp gọi là đốm laser để nhìn thấy những vật huỳnh quang cỡ micromet ở sâu vài mili mét bên trong chất liệu mờ đục.
Maser rắn là những máy dò vi sóng cực nhạy và do đó có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng viễn thông và ghi ảnh. Tuy nhiên, cho đến nay, các maser cần có helium lỏng hạ nhiệt độ xuống cực thấp mới hoạt động được – nên chúng không thực tiễn cho đa số các ứng dụng thương mại. Toàn bộ vấn đề này có thể thay đổi nhờ Mark Oxborrow, Jonathan Breeze và Neil Alford, họ đã phát triển maser đầu tiên hoạt động tốt ở nhiệt độ phòng.
Xóa dữ liệu sẽ tiêu tốn năng lượng
Kể từ khi James Clerk Maxwell hoang mang trước con quỷ giả thuyết của ông hồi thế kỉ 19, các nhà vật lí đã cố gắng liên hệ giữa các lí thuyết thông tin và nhiệt động lực học. Vào năm 1961, nhà vật lí người Đức-Mĩ Rolf Landauer cho rằng sự xóa thông tin đi cùng với sự tiêu hao nhiệt. Nay một nhóm sáu nhà vật lí ở Pháp và Đức lần đầu tiên đã xác nhận giả thuyết này trong phòng thí nghiệm – bằng cách sử dụng một hạt bột nhỏ xíu bị bẫy bằng laser lật đảo giữa hai trạng thái.
Moment động lượng quỹ đạo của một chùm ánh sáng xoắn là một đại lượng phần lớn bị bỏ qua cho đến khoảng 20 năm trước đây. Tuy nhiên, ngày nay các nhà vật lí đang bận mơ tới những ứng dụng mới cho “ánh sáng xoắn” này. Bao gồm Anton Zeilinger, Robert Fickler và các đồng sự, họ đã làm vướng víu các photon có số lượng tử quỹ đạo cao tới 300 – gấp 10 lần so với kỉ lục trước đây. Ngoài lĩnh vực điện toán lượng tử, kĩ thuật mới còn có thể đưa đến sự vướng víu của những vật vĩ mô và ứng dụng trong lĩnh vực cảm biến từ xa.
Nếu bạn muốn gửi một thông điệp đi xuyên vũ trụ - hay đến một tàu ngầm ở sâu bên dưới lòng đại dương – thì neutrino có thể là lựa chọn tốt nhất của bạn. Thông điệp của bạn có thể đảm bảo đi tới nơi cần đến bởi vì những hạt dưới nguyên tử này có thể dễ dàng đi xuyên qua lớp chì dày 1000 năm ánh sáng mà không bị ảnh hưởng gì. Tuy nhiên, vấn đề là làm thế nào mã hòa và phát hiện ra một tín hiệu sử dụng những hạt rất hiếm tương tác với vật chất. Một nhóm hợp tác đứng đầu là Daniel Stancil là những người đầu tiên đương đầu với thách thức này bằng cách sử dụng chùm neutrino NuMI và máy dò MINERvA của Fermilab để truyền dữ liệu đi xa hơn 1 km giữa hai cơ sở trên. Trong khi tốc độ truyền dữ liệu chỉ khiêm tốn chừng 0,1 bit/s, nhưng thông điệp nhận được có tỉ lệ sai sót bit chỉ có 1%, cho thấy nguyên lí truyền thông neutrino là có cơ sở.
Bạn đã bao nhiêu lần sạc pin cho điện thoại của mình rồi? Thay vì tìm bộ sạc và ổ cắm điện, sẽ dễ hơn nhiều nếu bạn tích điện cho điện thoại của mình từ giày bạn đang đi. Đó là ước mơ của Zhong Lin Wang và các đồng sự, họ đã phát triển một hệ thống mới có thể khai thác năng lượng từ những bước chân hay chuyển động khác và lưu trữ nó trong một cục pin. Trong khi ý tưởng này thật sự chẳng có gì mới mẻ, nhưng công nghệ của đội là công nghệ đầu tiên biến đổi trực tiếp cơ năng thành hóa năng dự trữ - bỏ qua bước trung gian biến đổi cơ năng thành điện năng, sau đó mới biến thành hóa năng.
Theo physicsworld.com
