Tiến đến Mặt trăng, sao Hỏa và xa hơn nữa
Ngoài địa phận CERN, năm 2014 sẽ chứng kiến một loạt những sứ mệnh đầy hào hứng trong ngành khoa học vũ trụ và thiên văn học mang lại thành tựu. Tàu vũ trụ Hằng Nga 3 của Trung Quốc, đã hạ cánh xuống Mặt trăng hồi đầu tháng này, sẽ dành nửa đầu năm mới khảo sát bề mặt chị Hằng và các tài nguyên địa chất của nó, bao gồm cấu tạo của đất Mặt trăng. Mùa thu năm tới sẽ còn thú vị hơn nữa, với sứ mệnh Khí quyển và Sự tiến hóa Chất dễ bay hơi sao Hỏa của NASA (MAVEN) đi vào quỹ đạo quanh hành tinh đỏ vào ngày 22 tháng 9 và phi thuyền Mangalyaan của Tổ chức Nghiên cứu Vũ trụ Ấn Độ đi tới sao Hỏa muộn hơn sau đó đúng hai ngày.
Các nhà thiên văn học người Mĩ cũng đang hi vọng sẽ may mắn vào tháng 7 tới, tháng sẽ chứng kiến NASA phóng một thay thế cho Đài thiên văn Carbon Quỹ đạo (OCO) trị giá 270 triệu bảng Anh. Sứ mệnh ban đầu đã thất bại không bao lâu sau khi rời bệ phóng hồi tháng 2 năm 2009, nghĩa là những nỗ lực của cơ quan vũ trụ Mĩ nằm tạo dựng các bản đồ của các nguồn và bể carbon của Trái đất đã đi vào bế tắc. Những thông tin như thế là thiết yếu cho các nhà khoa học môi trường hiểu rõ hơn sự biến đổi khí hậu. Được đặt tên là OCO-2, phi thuyền mới là một bản sao của phi thuyền ban đầu và dự kiến sẽ rời bệ phóng trên một tên lửa Delta II.
Ảnh minh họa phi thuyền vũ trụ MAVEN trên quỹ đạo xung quanh Hỏa tinh. (Ảnh: NASA/Goddard)
Đối với Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), 2014 cũng sẽ là một năm bận rộn. Dữ liệu ban đầu từ sứ mệnh lập bản đồ sao Gaia sẽ được thu về, trong khi phi thuyền đầu tiên trong sứ mệnh Sentinel quan sát Trái đất của họ sắp rời bệ phóng vào mùa xuân tới, sau đó là một sứ mệnh khác vào cuối năm. Trong số các mục tiêu, phi thuyền ESA sẽ nghiên cứu băng biển ở Bắc Cực và lập bản đồ bề mặt đất liền, bao gồm rừng, nước và đất. Vào ngày 24 tháng 11, phi thuyền Rosetta của ESA sẽ gặp gỡ - sau một hành trình kéo dài hơn 10 năm – với Sao chổi 67P/Churyumov-Gerasimenko. Nếu nó neo đậu thành công, thì nó sẽ là sứ mệnh đầu tiên quay xung quanh và hạ cánh lên một sao chổi.
Vượt ngoài hệ mặt trời, chúng ta có thể trông đợi luồng kết quả mới về các hành tinh ngoài hệ mặt trời, với các gợi ý rằng các hành tinh giống-Trái đất nằm trong vùng ở được sẽ tiếp tục xuất hiện. Còn các nghiên cứu về tổng thể vũ trụ, các nhà vật lí sẽ dành năm 2014 săm soi kho dữ liệu do sứ mệnh Planck của ESA lập được. Mặc dù nó đã chính thức ngừng quan sát phông nền vi sóng vũ trụ hồi tháng 10, nhưng kho tư liệu quý báu của Planck chắc chắn sẽ làm sáng tỏ nhiều bí ẩn về cấu tạo của vũ trụ. Tạp chí Physics World số ra tháng 1/2014 sẽ có một bài báo trình bày chi tiết về sứ mệnh Planck cùng những thành tựu của nó.
Chúng ta cũng có thể trông đợi có thêm các gợi ý về vật chất tối xuất hiện trong năm 2014, nhất là từ máy dò hạt Xenon Lớn Dưới lòng đất (LUX), cỗ máy nằm sâu 1500 m bên dưới vùng đồi núi Black Hills tại Cơ sở Nghiên cứu Dưới lòng đất Sanford ở Nam Dakota, nước Mĩ. Đội LUX đã công bố những dữ liệu đầu tiên hồi tháng 10 năm nay và, mặc dù không có dấu hiệu tích cực nào của vật chất tối được nhìn thấy, nhưng các thành viên của đội sẽ dành năm 2014 tinh chỉnh các thí nghiệm của họ cho một đợt tìm kiếm 300 ngày sắp tới, tìm các hạt nặng tương tác yếu (WMIP), một ứng cử viên hàng đầu cho vật chất tối.
Graphene đi vào thị trường thương mại
Nhưng trong năm tới, giống như mọi năm, đa số các nhà vật lí sẽ làm những công việc gần gũi hơn – từ vật lí y khoa và quang học cho đến công nghệ nano và bán dẫn học. Đặc biệt, năm 2014 sẽ chứng kiến một luồng không ngớt những kết quả hấp dẫn sử dụng graphene – tấm carbon dày một nguyên tử không những là chất liệu bền nhất từng được khám phá, mà còn dẫn diện với mật độ gấp một triệu lần độ dẫn của đồng. Dự đoán của chúng tôi là chất liệu này sẽ được sử dụng lần đầu tiên trong màn hình cảm ứng của điện thoại thông minh trên thị trường thương mại – hoặc của hãng Samsung hoặc của hãng Apple.
Dụng cụ mới sẽ trông hoặc cảm nhận không quá khác biệt với điện thoại hiện nay, vì graphene chỉ đơn thuần thay thế cho điện cực indium-kẽm-oxide bình thường. Tuy nhiên, một cái điện thoại với điện cực graphene trong màn hình cảm ứng của nó có thể thúc đẩy làn sóng đổi mới của ngành công nghiệp hiển thị, lĩnh vực cuối cùng sẽ chứng kiến những màn hiển thị hoàn toàn dẻo và uốn cong được chủ yếu làm từ graphene. Do đó, chúng ta có thể trông đợi sự phát triển hơn nữa của một “hệ sinh thái graphene” trong năm 2014, nhờ “cơn sốt cuồng hoàn hảo” của các công ti chế tạo graphene với số lượng và chất lượng thích hợp, các kĩ sư đang thiết kế ra các sản phẩm mà người ta muốn có và các nhà nghiên cứu chuyển giao kiến thức biết-làm của họ từ phòng thí nghiệm sang thị trường thương mại.
Graphene, tấm carbon chỉ dày một nguyên tử, sẽ xuất hiện trên thị trường thương mại trong năm 2014.
Một xu hướng nữa sắp nở rộ trong năm 2014 sẽ là việc khai thác “các trạng thái Rydberg” để tạo ra các tương tác giữa các photon trong một tập hợp nguyên tử được làm lạnh xuống tới nhiệt độ gần không độ tuyệt đối. Những trạng thái như vậy đã được khai thác trong năm nay để tạo ra những “phân tử” đầu tiên của ánh sáng, và chúng ta có thể trông đợi có thêm các đột phá thuộc loại này trong năm tới. Một trạng thái Rydberg được tạo ra hễ khi một photon ánh sáng laser tương tác với các nguyên tử cực lạnh, tạo ra một electron kích thích cao chia sẻ chung giữa 10 nguyên tử lân cận trở lên. Nhưng vì các trạng thái Rydberg khác không thể được tạo ra trong vùng lân cận, nên bất kì photon bổ sung nào đi tới cũng sẽ tương tác với photon thứ nhất.
Những giấc mơ Nobel
Thế còn con người và sự nghiệp vật lí trong năm tới sẽ ra sao? Chúng tôi cược rằng Giải Nobel Vật lí sẽ trao cho nghiên cứu trong lĩnh vực điện toán và truyền thông lượng tử - với Anton Zeilinger là đề cử sáng giá của chúng tôi. Lĩnh vực này đã phát triển phong phú trong những năm gần đây nên chắc chắn đã đến lúc nó được tôn vinh theo kiểu như vậy. Nhưng vẫn còn một cái chưa hay cho Giải Nobel Vật lí là mới có hai người phụ nữ từng nhận giải – Marie Curie vào năm 1903 và Marie Goeppert-Mayer vào năm 1963 – và một người thứ ba thì chưa có khả năng xuất hiện trong năm 2014.
Chẳng ai nghi ngờ chuyện phân biệt nam nữ trong Ủy ban Nobel Vật lí cả, các thành viên của ủy ban này chỉ có thể chọn ra các nhà nghiên cứu từ những người được đề cử để nhận giải mà thôi. Thật đáng tiếc, chúng ta chẳng biết được những đề cử đó có thiên vị hay không, vì kho tư liệu cho giải thưởng Nobel hàng năm được bảo mật trong thời gian đến 50 năm. Không biết đã đến lúc thay đổi sao cho kho tư liệu đó được công khai ngay sau khi một giải Nobel được trao hay chưa?
Trong khi đó, vào tháng 12 năm 2014, Hội đồng CERN sẽ chọn ra tổng giám đốc mới thay cho Rolf-Dieter Heuer vào cuối năm 2015. Heuer đã chèo lái CERN trong một giai đoạn hoạt động sôi nổi của phòng thí nghiệm này và người kế vị của ông – cho dù là ai chăng nữa – sẽ phải làm việc cật lực để tiếp tục đảm trách vai trò đó. Ngoài việc giám sát sự ra đời và hoạt động của LHC, Heuer còn xúc tiến sáng kiến SCOAP3 đi đến thành tựu, sáng kiến cho phép các nhà vật lí hạt sơ cấp được tài trợ được tự do đọc trực tuyến 10 tạp chí khoa học tham gian sáng kiến đó. Tiêu tốn chừng 5 triệu bảng mỗi năm, SCOAP3 sẽ cho phép khoảng 60% bài báo trong ngành vật lí hạt cơ bản được “truy cập mở”.
Quả cầu tinh thể
Cuối cùng, vật lí học sẽ chẳng là vật lí học nếu không nhìn ngược về ánh hào quang của quá khứ, và những kỉ niệm đáng chú ý nhất trong năm 2014 sẽ là kỉ niệm tròn 100 năm nhà vật lí người Đức Max von Laue giành Giải Nobel Vật lí năm 1914 cho khám phá của ông, vào hai năm trước đó, về sự nhiễu xạ tia X bởi các tinh thế. Nhiễu xạ tia X là một công cụ thực nghiệm có giá trị to lớn, cho phép các nhà nghiên cứu suy luận ra cấu trúc của hàng nghìn tinh thể, nổi tiếng nhất là bản chất xoắn kép của ADN. Để gia tăng nhận thức của cộng đồng về lĩnh vực trên, năm 2014 đã được Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa Liên hiệp quốc (UNESCO) và Hiệp hội Tinh thể học Quốc tế chọn là Năm Quốc tế Tinh thể học. Một chương trình đầy đủ các sự kiện đã được lên lịch, với một lễ kỉ niệm khai mạc tại tổng hành dinh của UNESCO ở Paris vào ngày 20-21 tháng 1 tới.
Những lễ kỉ niệm khác trong năm 2014 bao gồm kỉ niệm trong 50 năm xuất bản các bài giảng nổi tiếng của Richard Feynman về vật lí học và kỉ niệm tròn 50 năm ra đời khái niệm quark – những thực thể nhỏ bé cấu tạo nên proton, neutron và một số hạt dưới nguyên tử khác. Khái niệm quark được đề xuất, một cách độc lập, bởi Murray Gell-Mann và George Zweig trong một nỗ lực nhằm lí giải “vườn bách thú” hạt sơ cấp được khám phá trong thập niên 1950 và đầu thập niên 1960. Gell-Mann và Zweig xem quark chỉ là một lí giải toán học của các khối lượng hạt, nhưng các nhà vật lí ngày nay xem chúng là những thực thể vật lí có thật.
Theo Matin Durrani (Physics World, số tháng 12/2013)
