Lần đầu tiên sau nhiều thập kỷ, các nhà vật lý đã quan sát được quá trình hình thành hạt Quasi (Quasiparticles) - một hiện tượng kỳ lạ xuất hiện trong vật chất ở thể rắn đã làm đau đầu giới khoa học từ rất lâu.

Không chỉ thay đổi nhiều lý thuyết trong vật lý mà thành tựu này có thể thúc đẩy sự ra đời của những thiết bị điện tử với tốc độ xử lý siêu nhanh. Ngoài ra phát hiện này còn có thể mở ra hướng nghiên cứu mới về vi xử lý lượng tử.

Hạt Quasi không phải là một dạng vật chất thông thường mà là một hiện tượng đặt biệt và thú vị xảy ra trong hệ đa lượng tử hay trạng thái rắn của vật chất.

Giai ma suc manh “sieu nhan Gao” trong cac hat vat chat - Anh 1

Các nhà khoa học đã quan sát được cấu tạo của hạt Quasi

Một ví dụ đơn giản cho định nghĩa về hạt Quasi đó là sự di chuyển của electron trong chất rắn, quá trình di chuyển sẽ dẫn đến sự phân cực của môi trường xung quanh electron do điện tích đã thay đổi. Đám mây phân cực này sẽ đi theo electron đi xuyên qua vật chất như một “hạt” thống nhất và được gọi là hạt Quasi.

Nhà nghiên cứu Rudolf Grimm từ Đại học Innsbruck Cộng hòa Áo, dẫn chứng hình ảnh một vận động viên trượt tuyết đang trượt vào một ngày sau khi vừa có tuyết rơi sẽ bị một đám mây bông tuyết vây quanh do tuyết còn xốp. Các yếu tố vật lý và cơ học sẽ thay đổi khi so sánh lúc mà vận động viên đó bị phủ bởi đám mây bông tuyết với lúc thời tiết thuận lợi.

Giai ma suc manh “sieu nhan Gao” trong cac hat vat chat - Anh 2

Vận động viên trượt tuyết là một “electron” với đám mây điện tích “bông tuyết” xung quanh

Hạt Quasi đã được mô hình hóa bằng lý thuyết từ lâu nhưng việc đo đạc và quan sát hiện tượng trong thực tế là một việc bất khả thi cho đến hiện tại vì thời gian diễn ra cực kỳ nhanh và kích thước siêu nhỏ của nó.

Giáo sư Grimm cho biết: “Thời gian xảy ra hiện tượng chỉ trong khoảng vài atto giây (1x10-18 giây) do đó việc quan sát cấu tạo của hạt Quasi là cực kỳ khó khăn”.

Nhóm nghiên cứu đã tìm ra phương pháp để làm chậm quá trình lại để tiến hành ghi nhận cấu tạo hạt Quasi. Nhóm sử dụng kỹ thuật laser để tạo ra trong bình chân không một lượng khí lượng tử siêu lạnh gồm lithium và nguyên tử potassium.

Hạt Quasi Fermi polaron với nhân là nguyên tử potassium và bao phủ bởi nguyên tử lithium được tạo thành sau khi nhóm tác động từ trường để điều chỉnh sự tương tác của các hạt. Hệ thống thí nghiệm trên đã giúp giảm quá trình hình thành hạt lượng tự từ khoảng 100 atto giây xuống còn vài micro giây, đủ để nhóm nghiên cứu có thể quan sát được cấu tạo bên trong.

Giai ma suc manh “sieu nhan Gao” trong cac hat vat chat - Anh 3

Hạt Quasi mở ra tương lai cho những nghiên cứu về vi xử lý lượng tử có tốc độ siêu nhanh

Với mục tiêu xa hơn đó là đo đạt chính xác các thông số của hạt Quasi để có thể phát triển hệ thống vi xử lý lượng tử. Nhóm nghiên cứu hi vọng những chiếc máy tính siêu nhanh sẽ xuất hiện sớm trong tương lai không xa.

Quốc Văn (ScienceAlert)