Các nhà nghiên cứu vừa sử dụng một phương pháp mới thao túng trạng thái lượng tử của các hạt để làm lạnh một hạt thủy tinh tí hon vào trạng thái lượng tử khả dĩ thấp nhất của nó.
Khi bạn tiến xuống cấp độ vô cùng nhỏ, nhiệt và chuyển động hoán đổi cho nhau được: một hạt chuyển động càng nhanh, thì nó càng nóng. Vì thế, để làm lạnh một hạt nhỏ, bạn phải khiến cho nó ngừng chuyển động. Do các quy tắc cơ học lượng tử nói rằng bạn không bao giờ biết chính xác một hạt chuyển động nhanh bao nhiêu, thành ra có một giới hạn về mức lạnh mà một hạt có thể đạt tới. Khi một hạt nằm ở giới hạn đó, ta nói rằng nó đạt tới trạng thái cơ bản của nó.
Markus Aspelmeyer tại Đại học Vienna ở Áo và các đồng sự của ông đã dùng một laser làm lạnh một hạt thủy tinh rộng 150 nano mét vào trạng thái cơ bản của nó (Science, doi.org/dkvw).
Laser nâng hạt lên thông qua một hiệu ứng gọi là bẫy quang học, trong đó ánh sáng tương tác với hạt giữ nó tại chỗ. Các gương bố trí hai bên hạt làm cho ánh sáng chồng chất và giao thoa với chính nó.
Theo cơ học lượng tử, ánh sáng giao thoa này chỉ có thể tồn tại ở những tần số nhất định. Điều đó cho phép các nhà nghiên cứu chọn ra tần số chính xác của ánh sáng va chạm với hạt. Khi hạt dao động tới lui, một số tần số ánh sáng sẽ làm nó tăng tốc bởi việc truyền cho nó những lượng nhỏ năng lượng, còn những tần số khác sẽ làm nó chậm lại do hấp thu năng lượng.
Việc chỉ cho phép những tần số làm hạt chậm lại sẽ giữ cho nó lạnh đi cho đến khi đạt tới trạng thái cơ bản. Điều này xảy ra ở nhiệt độ 0,000012 kelvin (khoảng – 273oC), chỉ một phần nhỏ trên không độ tuyệt đối, nhiệt độ khả dĩ thấp nhất.
Nguồn: New Scientist
