Vật chất kỳ lạ trong tầm nhìn của chúng ta

Các nhà vật lý đã phát minh một phương pháp mới để quan sát chi tiết về cấu trúc và thành phần của vật liệu, cải tiến so với các phương pháp trước đây. Phương pháp quang phổ thông thường thay đổi tần số ánh sáng chiếu vào mẫu theo thời gian cho thấy chi tiết của mẫu.

Kỹ thuật mới, quang phổ dao động Rabi, không cần khám phá băng thông rộng nên nó có thể hoạt động nhanh hơn nhiều. Có thể sử dụng phương pháp này để chất vấn những lý thuyết tốt nhất của chúng ta về vật chất nhằm đạt được sự hiểu biết tốt hơn về vũ trụ vật chất.

Mặc dù chúng ta không thể nhìn thấy chúng bằng mắt thường, nhưng tất cả chúng ta đều quen thuộc với các nguyên tử tạo nên mọi thứ chúng ta nhìn thấy xung quanh mình. Sự tập hợp của các proton dương, neutron trung hòa và các electron âm làm phát sinh tất cả các vật chất mà chúng ta tương tác.

Tuy nhiên, có một số dạng vật chất kỳ lạ hơn, bao gồm các nguyên tử kỳ lạ, không được tạo ra từ ba thành phần cơ bản này. Ví dụ, Muonium giống như hydro, thường có một electron trên quỹ đạo xung quanh một proton, nhưng có một hạt muon tích điện dương thay cho proton. Các hạt muon rất quan trọng trong vật lý tiên tiến vì chúng cho phép các nhà vật lý kiểm tra các lý thuyết tốt nhất của chúng ta về vật chất như điện động lực học lượng tử hoặc Mô hình chuẩn, với độ chính xác cực cao.

Điều này vô cùng quan trọng, vì chỉ khi một lý thuyết vững chắc bị đẩy đến cực điểm của nó thì các kẽ hở cách ngôn mới bắt đầu hình thành, điều này có thể chỉ ra đâu là lý thuyết mới, hoàn chỉnh hơn và thậm chí chỉ ra chúng có thể là những gì.

Đây là lý do tại sao nghiên cứu về muonium rất được cộng đồng vật lý quan tâm, nhưng cho đến nay nó vẫn né tránh việc quan sát chi tiết. Phó giáo sư Hiroyuki A. Torii thuộcTrường Đại học Tokyo nói: “Muonium là một nguyên tử có tuổi thọ rất ngắn, vì vậy điều quan trọng là phải quan sát nhanh với càng nhiều năng lượng càng tốt để thu được tín hiệu tốt nhất từ ​​thời gian quan sát hạn chế. Các phương pháp quang phổ thông thường yêu cầu các quan sát lặp đi lặp lại trên một băng thông để tìm ra tần số chính cụ thể mà chúng ta đang tìm kiếm, được gọi là tần số cộng hưởng và điều này cần thời gian”.

Vì vậy, Torii và nhóm của ông đã phát minh ra một loại phương pháp quang phổ mới sử dụng hiệu ứng vật lý được hiểu rõ là dao động Rabi. Quang phổ dao động Rabi không cần tìm kiếm các tín hiệu tần số để truyền tải thông tin về nguyên tử.

Thay vào đó, nó xem xét cảm biến thô, hoặc miền thời gian, dữ liệu trong một khoảng thời gian ngắn hơn và dựa trên đó để đưa ra thông tin. Phương pháp mới này cung cấp những cải thiện lớn về độ chính xác.

Torii cho biết: “Việc nghiên cứu các nguyên tử kỳ lạ đòi hỏi kiến ​​thức về vật lý nguyên tử năng lượng thấp và vật lý hạt năng lượng cao. Sự kết hợp của các ngành trong vật lý cho thấy chúng ta đang trên con đường dẫn đến sự hiểu biết đầy đủ hơn về vũ trụ vật chất của chúng ta. Tôi rất mong được thấy các nhà vật lý sử dụng quang phổ dao động Rabi để nghiên cứu sâu hơn thế giới của các nguyên tử kỳ lạ chứa các hạt và đồng vị bất thường cũng như tạo ra các loại vật chất khác từ các máy gia tốc hạt trên khắp thế giới”.

Trường Đại học Tokyo, Nhật Bản

Thanh Bình dịch

Nguồn: Lab Manager- Hoa Kỳ