Những sự kiện vật lí nổi bật năm 2014

Báo cáo của nhóm BICEP2 về dấu hiệu sóng vật chất có lẽ là sự kiện vật lí đình đám nhất của năm 2014. Dưới đây là một số sự kiện vật lí nổi bật trong năm qua, theo các biên tập viên APS Physics.

Một dấu hiệu vật chất tối chăng?

Ngay cả những tìm kiếm thực nghiệm được trông mong nhất của vật chất tối cũng thường mang lại kết quả vô hiệu. Trong năm nay, một dấu hiệu thật sự đã biểu hiện trong phổ tia X của các thiên hà ở xa được cho là dung chứa một lượng lớn vật chất tối. Hai kính thiên văn vệ tinh, một do ESA điều hành, một do NASA sở hữu, đã quan sát thấy một vạch phổ tia X chưa giải thích được ở mức 3,5 keV đến từ Thiên hà Andromeda và một đám thiên hà trong chòm sao Perseus. Các nhà nghiên cứu cho rằng vạch phổ đó phù hợp với cái được trông đợi từ các neutrino vô sinh (một hạt ứng cử viên vật chất tối) phát ra tia X khi chúng phân hủy thành các photon và neutrino thường. Để kiểm tra cách lí giải theo vật chất tối sẽ cần những phép đo tốt hơn của hình dạng vạch phổ tia X đó.

Tiến bộ quan trọng trong nhiệt hạch laser

Các nhà khoa học tại Hệ thống Đánh lửa Quốc gia thuộc Phòng thí nghiệm Lawrence Livermore ở Mĩ đã loan báo tin tốt lành trong nỗ lực của họ nhằm điều khiển một phản ứng nhiệt hạch sản sinh năng lượng bằng các laser mạnh. Một thay đổi tinh tế trong cách họ làm nóng trước viên nhiên liệu đã cho phép họ tạo ra số lượng cao nhất phản ứng nhiệt hạch mà người ta từng thu được với một hệ thống điều khiển bằng laser. Kết quả trên là một bước tiến quan trọng trên hành trình tạo ra một nguồn năng lượng nhiệt hạch sản sinh nhiều năng lượng hơn năng lượng tiêu hao để điều khiển nó, mặc dù các chuyên gia đồng ý rằng mục tiêu vẫn hãy còn xa.

Sóng hấp dẫn làm lay chuyển nền vật lí

sóng hấp dẫn, bằng chứng của bản chất lượng tử của lực hấp dẫn, đồng thời là một khảo sát mới của những thời khắc sớm nhất trong lịch sử Vũ trụ. Nhưng quá trình thẩm tra sau đó đề xuất rằng một nguồn thế tục hơn, bụi thiên hà, có thể là nguyên nhân phần nào, nếu không phải tất cả, của tín hiệu đó. Một phân tích chung các hiệu ứng bụi do nhóm BICEP2 và nhóm vệ tinh Planck thực hiện sẽ có kết quả vào đầu năm 2015 và có thể sẽ khép lại tranh cãi.

Xem thêm: Sóng hấp dẫn với món cược của Hawking

Tạp chất silicon hữu ích

nguyên tử silicon nằm giữa hai nút mạng carbon trống, có các phẩm chất khiến chúng đầy hứa hẹn cho các ứng dụng thông tin lượng tử. Một nhóm nghiên cứu đứng đầu bởi các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Ulm ở Đức và Đại học Harvard ở Mĩ đã chứng minh rằng hai tâm SiV liền kề có thể được dùng để tạo ra các photon độc thân với màu sắc y hệt nhau, một bước then chốt hướng tới việc tạo ra các trạng thái vướng víu của ánh sáng vốn là cơ sở của điện toán lượng tử và mật mã học. Cũng nhóm nghiên cứu này, và một đội nghiên cứu độc lập tại Đại học Cambrige ở Anh, còn chứng minh được rằng spin trên tâm SiV có thể được đặt vào một trạng thái lượng tử kết hợp, một yêu cầu tối thiểu để sử dụng các chỗ tạp đó để mã hóa thông tin lượng tử.

Quan sát đầu tiên của phổ sét cầu

Sét cầu – một hiện tượng khí quyển có khả năng gây nguy hiểm – gồm một quả cầu rực lửa xuất hiện lên tới hàng chục giây trước khi biến mất không để lại vết tích gì. Đã được ghi nhận hàng thế kỉ qua, nhưng nó hiếm gặp đến mức các nhà khoa học vẫn chưa biết nó là cái gì. Hồi tháng 1 năm nay, các nhà nghiên cứu tại Đại học Tây Bắc ở Lan Châu, Trung Quốc, đã báo cáo quan sát đầu tiên của phổ sét cầu mà họ may mắn thu được khi họ đang ghi số liệu về sét thường. Phổ thu được của họ ủng hộ giả thuyết rằng sét cầu là do một tia sét loại mây-xuống-đất bình thường làm bốc hơi các khoáng chất silicate trong đất đá, tạo ra silicon nguyên chất phát sáng khi nó phản ứng với oxygen.

Xem thêm: Sét cầu chỉ có thể là ảo giác

Transistor photon độc thân

Một máy vi tính dựa trên các photon có thể chạy nhanh hơn nhiều so với máy vi tính bình thường dựa trên các dòng electron. Tuy nhiên, vì các photon, không giống như electron, không tương tác mạnh, nên người ta khó chế tạo các bộ phận lôgic như transistor hoạt động hoàn toàn-quang học. Năm nay đã chứng kiến hai nhóm, một tại Viện Quang học Lượng tử Max Planck và một tại Đại học Stuttgart, cả hai đều ở Đức, độc lập nhau chứng minh transistor quang học photon độc thân. Trong bố trí của họ, một xung ánh sáng cổng chứa duy nhất một photon điều khiển sự truyền một xung ánh sáng khác đi qua một đám khí cực lạnh. Những minh chứng này là minh chứng đầu tiên có hiệu suất transistor lớn hơn 1, nghĩa là một photon điều khiển vận mệnh của nhiều photon hơn – một đặc tính quan trọng cho các ứng dụng.

Xem thêm: 

• Chế tạo thành công transistor một nguyên tử
• Photon độc thân không thể vượt quá tốc độ ánh sáng 
• Làm vướng víu chấm lượng tử với photon độc thân

Chẩn đoán bệnh qua vật lí thống kê

Vật lí thống kê có lẽ không phải là cái đầu tiên hiện ra trong đầu khi người ta nghĩ tới các kĩ thuật chẩn đoán bệnh. Nhưng một nhà nghiên cứu tại Đại học Xứ Basque, Tây Ban Nha, đã chứng minh rằng các phép đo “entropy” phân bố tế bào miễn dịch có thể chẩn đoán đáng tin cậy một trong những dạng bệnh bạch cầu thường gặp nhất, bệnh bạch cầu myeloid cấp tính (AML). Phương pháp của ông, so sánh các tính chất thống kê của các tế bào của một người bệnh với các tính chất của các tế bào AML, được phát triển nhằm hưởng ứng cuộc thi kêu gọi tìm kiếm các công cụ chẩn đoán mới dựa trên phân tích các tập hợp lớn số liệu đơn bào. Với một tỉ lệ thành công hoàn hảo, kĩ thuật trên được xếp đầu cuộc thi, và hiện nay đang được mở rộng để phân biệt các giai đoạn và các type AML khác nhau và để xử lí các bệnh khác, từ HIV đến các chứng xơ cứng.

Tại sao chúng ta không nhớ tới tương lai?

Nhiệt động lực học phát biểu rằng thời gian trôi theo chiều tăng entropy, nhưng các định luật của vật lí cổ điển hoàn toàn thuận nghịch trong thời gian. Vậy tại sao nhận thức thời gian tâm lí của chúng ta lại trôi cùng chiều với mũi tên thời gian nhiệt động lực học? Theo các nhà khoa học tại Caltech và Đại học Nam California ở Los Angeles, có một lí do căn bản nên chúng ta không thể “nhớ tới tương lai”. Sử dụng một thí nghiệm tưởng tượng dựa trên một dụng cụ nhớ đơn giản – một cửa quay ghi lại sự đi qua của các phân tử chất khí giữa hai buồng chứa – họ tìm thấy một kí ức của tương lai không thể tồn tại. Những thăng giáng nhỏ bé nhất trong các sự kiện hiện tại có thể có tác động to lớn đối với các sự kiện tương lai, và hóa ra sự nhạy cảm này khiến người ta không thể chế tạo một dụng cụ vật lí ghi lại tương lai bằng cách trích xuất từ hiện tại.

Nguồn: APS Physics | DOI: 10.1103/Physics.7.132

Bài trước | Bài kế tiếp