Một chiếc tủ lạnh bình thường phải mất cả tiếng đồng hồ mới khiến cho một khay nước đóng thành băng. Vậy mà chiếc tủ lạnh mới của các nhà khoa học Mỹ có thể làm đông phân tử trong... một nháy mắt. Làm thế nào mà họ thực hiện được điều này?

Tia laser - trợ thủ đắc lực của các nhà khoa học.

Nhờ có công nghệ giảm nhiệt độ hiện đại này, một loạt đột phá trong lĩnh vực vật lý đã ra đời, trong đó có khả năng chế tạo đồng hồ nguyên tử chính xác hơn và thậm chí tạo được dạng vật chất mới. Chẳng hạn, thử nghiệm đối với phân tử có thể cung cấp thông tin về các lực và tính năng cơ bản của electron.

Gerhard Rempe, trưởng nhóm nghiên cứu  thuộc Viện Quang học Lượng tử Max Planck (Garching, Đức), cho biết: "Vì nguyên tử lạnh giúp nâng cao độ chính xác của đồng hồ nguyên tử, phân tử lạnh hơn cũng có thể làm được điều này. Chúng tôi nhận ra được một cơ chế mới cho phép làm lạnh những phân tử không thể làm lạnh bằng phương pháp thông thường."

Nhóm nghiên cứu của Rempe tiến hành thử nghiệm kỹ thuật làm lạnh mới trên một nguyên tử rubidium. Họ bơm nguyên tử vào khoảng không giữa hai tấm gương, đặt cách nhau 100 micron. Mọi thứ bên trong đều đã được hút ra ngoài, tạo nên một môi trường chân không hoàn hảo cho nguyên tử. Tia laser hồng ngoại được chiếu qua khe vào trong buồng "tủ lạnh gương" sẽ bị hai tấm gương phản chiếu liên tục. Sau khi tương tác với tia laser phản chiếu, tần số của nguyên tử sẽ tăng lên. Điều này có nghĩa là photon thoát ra ngoài sẽ có năng lượng cao hơn so với photon được bơm vào. Do năng lượng luôn được bảo toàn, nguyên tử rubidium sẽ mất một lượng năng lượng tương đương, vì thế nó sẽ lạnh đi nhanh chóng. Rempe cho biết, nhiệt độ của nguyên tử ở vào khoảng 100 millikelvin.

Tuy có thể làm cho nguyên tử lạnh hơn thế hàng nghìn lần, phương pháp làm lạnh bằng tia laser hiện nay lại phải phụ thuộc vào các nguyên tử hấp thụ và phát lại photon hàng trăm, hàng nghìn lần. Do phân tử phức tạp hơn và có nhiều mức năng lượng hơn, chúng chỉ có thể hấp thụ và phát ra một vài photon, vì thế quá trình làm lạnh sẽ bị ngừng lại.

Theo lời Rempe, nếu có tia laser tốt hơn, nhóm của ông sẽ hạ nhiệt độ làm lạnh xuống thấp hơn. Trong kế hoạch sắp tới, Rempe sẽ thử nghiệm kỹ thuật làm lạnh của mình trên phân tử, nhưng trước hết ông sẽ xem xét khả năng sử dụng nguyên tử bị nhốt vào việc chế tạo máy tính lượng tử. Nguyên tử làm lạnh sẽ bảo tồn thông tin lượng tử trong chúng chính là cơ sở thôi thúc nhóm của ông tiến hành cuộc nghiên cứu này.

Khánh Hà (Theo NewScientist)