Phi hạt có thể đưa đến hành vi siêu dẫn mới

Các nhà vật lý đã đề xuất một dạng vật chất giả thiết được gọi là phi hạt (unparticle) có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc gián tiếp tạo ra tính siêu dẫn (khả năng của một số vật liệu nhất định dẫn điện với điện trở bằng không).

Ở các mức năng lượng cao, các phi hạt có thể xuất hiện khi khu vực hạt kết cặp với khu vực phi hạt. Các nhà vật lý có kế hoạch tìm kiếm các dấu vết (chữ ký) của các phi hạt trong các thí nghiệm trong tương lai, có thể bằng cách tìm kiếm hành vi siêu dẫn kỳ lạ.

Các nhà vật lý James LeBlanc và Adolfo Grushin tại Viện Vật lý học cho các hệ thống phức tạp Max Planck ở Dresden đã công bố đề xuất của họ về siêu dẫn dựa trên phi hạt trên tạp chí New Journal of Physics.

“Việc hiểu được tất cả các hình thức siêu dẫn vẫn là một trong những Chén thánh của ngành vật lý hiện đại”, Grushin nói với Phys.org. “Việc đề xuất các cách thức mới mà hiện tượng lạ lùng này có thể xuất hiện là rất quan trọng để mở rộng biên giới tri thức của lĩnh vực này. Bằng cách xác định các phi hạt góp phần vào tính siêu dẫn như thế nào, chúng tôi mở ra một lộ trình mới để có thể tìm ra các phi hạt, bằng cách tìm kiếm hành vi siêu dẫn kỳ lạ. Ngoài ra, sự mới lạ của phương pháp tiếp cận của chúng tôi có thể truyền cảm hứng cho các nhà nghiên cứu khác để tìm kiếm loại siêu dẫn mới này trong tự nhiên”.

Lý thuyết siêu dẫn cơ bản liên quan đến các điện tử hình thành các cặp Cooper do một sức hút rất yếu giữa các điện tử trong một kim loại. Trong một số vật liệu siêu dẫn, các điện tử được cho là liên kết với nhau thông qua trao đổi các phonon. Tuy nhiên, trong nhiều vật liệu, các cơ chế cơ bản gây ra sự kết cặp này vẫn chưa được hiểu rõ: “Chất keo” giữ các cặp với nhau là gì? Một điều rõ ràng là để cho các điện tử hình thành cặp và di chuyển với điện trở bằng không, chúng phải hành xử theo một cách rất phức tạp.

Ở đây, LeBlanc và Grushin nghiên cứu khả năng mà hành vi điện tử phức tạp này phát sinh do có sự hiện diện của các phi hạt. Giống như tên gọi của chúng, các phi hạt không hành xử như các hạt. Trong khi khối lượng của một hạt luôn luôn bất biến mặc dù năng lượng và động lượng của nó có thể thay đổi, các phi hạt lại khác. Trong một phi hạt, cả ba tính chất - khối lượng, năng lượng và động lượng - phải có tỷ lệ tăng lên hay giảm xuống như nhau. Các photon, do chúng không có khối lượng, trên thực tế được coi là bất biến tỷ lệ, nhưng không phải là các phi hạt. Các phi hạt là một dạng vật chất giả thiết cũng bất biến tỷ lệ nhưng chúng có khối lượng. Thay vào đó, “chất phi hạt” kì lạ này là một bộ sưu tập các hạt lớn, cùng bất biến tỷ lệ và hành xử, ít nhất theo một nghĩa nào đó, như thể chúng không có khối lượng.

Trong bài báo của mình, LeBlanc và Grushin chỉ ra rằng nếu những phi hạt hiện diện trong các chất siêu dẫn, sau đó chúng sẽ hỗ trợ các điện tử bình thường ghép cặp, đóng vai trò như chất keo để giữ chúng lại với nhau trong các cặp Cooper. Kết quả là vật liệu này có thể trở thành siêu dẫn.

Các nhà vật lý giải thích rằng siêu dẫn do các phi hạt làm trung gian sẽ rất khác so với siêu dẫn dựa vào phonon thông thường. Nó cũng khác với các đề xuất trong đó một hạt đóng vai trò như chất keo, do tất cả các hạt trong các đề xuất này có khối lượng.

Mặc dù các phi hạt chưa bao giờ được quan sát thực nghiệm, các nhà vật lý có kế hoạch tìm kiếm dấu vết của chúng trong các thí nghiệm tại máy gia tốc hạt lớn trong tương lai.

“Các phi hạt rất khó để quan sát trực tiếp, do chúng không có mật độ”, LeBlanc nói. “Vì vậy, chúng ta cần phải nhìn vào những hạt khác gần đó và xem chúng phản ứng với sự hiện diện của các phi hạt như thế nào”.

Nếu các phi hạt đóng vai trò trong tính siêu dẫn, việc hiểu biết điều này có thể hỗ trợ cho việc tìm kiếm chúng. “Nếu các nhà khoa học có thể tìm thấy các vật liệu trong phòng thí nghiệm, nơi các tác động của phi hạt là mạnh, sau đó điều này sẽ thúc đẩy rất nhiều công trình nghiên cứu để hiểu sự tác động lẫn nhau của các phi hạt và các hạt vật chất”, LeBlanc nói.

Trong tương lai, các nhà vật lý có kế hoạch tiếp tục khám phá các kết nối giữa các phi hạt và tính siêu dẫn trong tất cả các hình thức có thể.

“Cho đến nay, chúng tôi đã nắm được cách keo siêu dẫn có thể có tính chất của một phi hạt”, Grushin nói. “Các nhà nghiên cứu khác đã giải quyết tình huống nơi các điện tử, chứ  không phải keo của chúng, hành xử như các phi hạt. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu cả keo và các điện tử có tính chất phi hạt? Trong khi đó, điều quan trọng để khám phá tất cả những gì mà các phi  hạt có thể làm, để chúng ta biết nơi tìm chúng và khi nào tìm chúng. Đó là nơi mà chúng tôi dự định đi”.

Theo Vista.gov.vn