Phát hiện ra các đơn cực cơ lượng tử

Hình ảnh ngưng tụ Bose-Einstein được tạo ra trong phòng thí nghiệm có chứa đơn cực (trái) và tiên đoán lý thuyết tương ứng (phải).

Trong vật lý học, đơn cực từ là một hạt giả định, có thể được miêu tả như là một thanh nam châm chỉ có một cực, Bắc hoặc Nam. Sự tồn tại của đơn cực từ đã được các nhà vật lý lý thuyết tiên đoán hơn một thế kỷ trước đây.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại các trường Đại học Aalto (Phần Lan) và Amherst College (Mỹ) lần đầu tiên đã quan sát thấy một đơn cực trông giống như một điểm hiện diện trong trường lượng tử của chính nó. Phát hiện này liên quan đến những đặc tính quan trọng của nam châm đơn cực rất khó nắm bắt. Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Science.

Các nhà nghiên cứu đã tiến hành một thử nghiệm trong đó họ sử dụng một loại khí nguyên tử rubidi được điều chế dưới trạng thái không có từ tính ở nhiệt độ gần không độ tuyệt đối. Trong điều kiện cực trị này, họ đã có thể tạo ra một đơn cực trong trường cơ lượng tử đặc trưng của chính loại khí này.

Trong trạng thái phi từ tính, một cấu trúc được tạo nên trong trường đặc trưng của khí, giống hệt như một hạt đơn cực từ được mô tả trong lý thuyết thống nhất về vật lý hạt. Theo Tiến sĩ Mikko Möttönen thuộc Đại học Aalto cho biết: "Trước đây, chúng tôi đã sử dụng loại khí này để phát hiện đơn cực trong một từ trường tổng hợp, nhưng không quan sát thấy có đơn cực trong trường lượng tử của khí này. Giờ đây, cuối cùng chúng tôi đã phát hiện thấy đơn cực cơ lượng tử".

Trong trạng thái phi từ tính của khí, không có sự hình thành các xoáy lượng tử hay các đơn cực trong từ trường tổng hợp. Tuy nhiên, trật tự cơ lượng tử từ tính lan rộng  ra trong mẫu và các nhà nghiên cứu có thể điều khiển được trật tự này bằng việc thay đổi từ trường bên ngoài theo một trình tự đặc biệt.

"Việc điều khiển các từ trường này cần phải cân bằng với tỷ lệ độ lớn từ trường Trái đất", theo các nhà nghiên cứu cho biết. Thách thức chủ yếu của thử nghiệm đó là phải sử dụng khí siêu lạnh trong điều kiện nhạy cảm cao, trong đó những thay đổi từ trường do sự di chuyển của vật thể kim loại hoặc do những biến thiên dòng điện có thể làm cho việc quan sát các đơn cực trở nên khó khăn.

Kết quả nghiên cứu được đánh giá là một bước tiến đáng kể trong nghiên cứu lượng tử. Điều quan trọng là phải hiểu được cấu trúc của các đơn cực và các thực thể tôpô khác, bởi chúng xuất hiện trong các mô hình mô tả vũ trụ sơ khai và tác động đến tính chất của nhiều loại vật liệu khác nhau, chẳng hạn như kim loại.

Khám phá về hạt đơn cực từ vẫn thuộc về tương lai. Tuy nhiên, kết quả phát hiện mới này chỉ ra rằng cấu trúc của một đơn cực cơ lượng tử không xuất hiện trong tự nhiên, vì vậy nó đã chứng minh được sâu hơn về khả năng các đơn cực từ là có tồn tại.

Theo Vista.gov.vn