Buộc nút ánh sáng không phải chỉ cho vui

Buộc nút ánh sáng không phải chỉ cho vui

Tiến sĩ Anton Desyatnikov thuộc Trung tâm Vật lí Phi tuyến tại trường Đại học quốc gia Australia là một thành viên thuộc một đội khoa học quốc tế đang thiết kế các nút thắt ở ánh sáng, với những ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực quang học hiện đại, chùm tia laser và cả trong điện toán lượng tử.

Sử dụng các khái niệm toán học và vật lí, mô hình do tiến sĩ Desyatnikov và các đồng sự của ông khảo sát tạo ra những xoáy quang có lõi tối trong một chùm sáng laser rực rỡ, sau đó chúng có thể bị rối tung lên và tạo ra các mối nối và nút thắt.

“Ngoài giá trị hiếu kì của chúng, cái thật sự hấp dẫn và hữu ích ở những cái nút thắt tối này là chúng cho bạn biết dòng năng lượng đang làm gì,” tiến sĩ Desyatnikov nói.

“Là một phần của nền khoa học hết sức tiến bộ, chúng tôi đang bắt đầu làm những việc với ánh sáng mà có thời người ta xem là không thể”.

“Khái niệm một cái nút thắt của ánh sáng là cái các nhà khoa học đã khảo sát trong nhiều năm qua và một vài nhóm đã thu được những nút thắt như thế bằng cách xử lí chính xác những chùm tia laser với những cái nút “nhân tạo”. Còn cái chúng tôi đang nghiên cứu là những mô hình trong đó các nút thắt tự phát hình thành theo kiểu riêng của chúng, giống hệt như những mối nhợ rối beng mà bạn thường gặp ở dây cáp điện.”

“Tuy nhiên, không giống như dây cáp điện thường hay bị thắt nút, ánh sáng không như thế. Các nhà khoa học đã tìm thấy rằng để làm cho các nút thắt hình thành trong những chùm laser bằng cách đưa vào những nhiễu loạn ở dạng đốm laser chỉ rất hiếm khi gây ra nút thắt.”

“Mô hình của chúng tôi cho thấy bạn phải có những thông số quan trọng của ánh sáng trong một ngưỡng nhất định thì bạn mới có thể dễ dàng buộc ánh sáng thành những cái nút, nhưng một khi bạn làm vậy, các nút thắt hầu như thật chắc chắn,” ông nói.

“Cái thật sự hấp dẫn là chúng ta không thể dự đoán chính xác chúng sẽ hình thành ở đâu. Chỉ dưới những trường hợp đặc biệt này thì các xoáy quang mới tự phát tụ nhân và tự buộc chúng thành những cái nút nhỏ.”

Nguồn: thuvienvatly.com

Cho $x, y, z$ là ba số thực dương. Chứng minh rằng: $$\frac{1}{3}\left(\frac{yz}{x^2}+\frac{zx}{y^2}+ \frac{xy}{z^2}\right)+\left(\frac{xyz(x+y+z)}{x^2y^2+y^2z^2+z^2x^2}\right)^2 \ge 2$$ (Đề OLP 30-4 THPT chuyên Lê Quý Đôn, Bình Định 2012)

Bài làm

Đặt $a=\dfrac{1}{x}, \ b=\dfrac{1}{y}, \ c=\dfrac{1}{z}$, ta cần chứng minh $$\dfrac{1}{3} \left( \dfrac{a^2}{bc}+\dfrac{b^2}{ca}+\dfrac{c^2}{ab} \right) + \left( \dfrac{ab+bc+ca}{a^2+b^2+c^2} \right)^2 \ge 2.$$ Thật vậy, sử dụng bất đẳng thức $Cauchy-Schwarz$ và bất đẳng thức quen thuộc $3abc(a+b+c) \le (ab+bc+ca)^2$, ta có $$\dfrac{1}{3} \left( \dfrac{a^2}{bc}+\dfrac{b^2}{ca}+\dfrac{c^2}{ab} \right) \ge \dfrac{(a^2+b^2+c^2)^2}{3abc(a+b+c)} \ge \dfrac{(a^2+b^2+c^2)^2}{(ab+bc+ca)^2}.$$ Do đó, bất đẳng thức sẽ được chứng minh

Cheops – Sứ mệnh nhỏ tìm kiếm siêu Trái đất

Cheops – Sứ mệnh nhỏ tìm kiếm siêu Trái đất

Vào năm 2017, Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) sẽ phóng một sứ mệnh nhỏ gọi là Cheops để khảo sát tỉ mỉ hơn những ngôi sao sáng ở gần chúng ta được biết có những hành tinh ngoại đang quay xung quanh chúng.

Cheops sẽ đo độ sáng của các ngôi sao đó, tìm kiếm những sự lu mờ hết sức nhỏ đi cùng với sự đi qua của hành tinh – khi một hành tinh ngoại đi qua phía trước ngôi sao của nó, chặn mất một phần ánh sáng đi tới Trái đất chúng ta.

Hình minh họa vệ tinh Cheops (Ảnh: ESA)

“Bằng cách tập trung vào những ngôi sao chủ có hành tinh ngoại đã biết, Cheops sẽ cho phép các nhà khoa học tiến hành các nghiên cứu so sánh các hành tinh xuống đến mức khối lượng Trái đất với độ chính xác không dễ gì thu được từ mặt đất,” phát biểu của Alvaro Giménez-Cañete, tổng giám đốc khoa học và thám hiểm rô bôt của ESA.

“Sứ mệnh trên được chọn lựa từ 26 đề xuất đệ trình lên theo Lời kêu gọi Những sứ mệnh Nhỏ hồi tháng 3, thể hiện sự quan tâm mạnh mẽ của cộng đồng khoa học với những sứ mệnh chuyên dụng, triển khai nhanh tập trung vào những vấn đề mở then chốt trong lĩnh vực khoa học vũ trụ,” Giménez-Cañete bổ sung thêm.

Cheops là tên viết tắt của “CHaracterising ExOPlanets Satellite”

Nguồn: thuvienvatly.com

Làm vướng víu 100.000 photon

Làm vướng víu 100.000 photon

Những xung ánh sáng gồm khoảng 100.000 photon vướng víu đã được tạo ra bởi các nhà vật lí ở Đức và Nga. Những xung ánh sáng đó được tạo ra trong một trạng thái “chân không nén” và đội nghiên cứu tìm thấy sự vướng víu trở nên mạnh hơn khi số lượng photon có trong xung tăng lên. Những xung sáng như vậy có thể ứng dụng trong những công nghệ như mật mã học lượng tử hoặc đo lường học.

Sự vướng víu là một hiệu ứng lượng tử cho phép các hạt như photon có mối liên hệ chặt chẽ hơn so với vật lí cổ điển tiên đoán. Chẳng hạn, người ta có thể tạo ra hai photon trên thực nghiệm, sao cho nếu một hạt được đo là bị phân cực theo phương thẳng đứng, thì phép đo trên hạt kia sẽ cho trạng thái phân cực giống như vậy. Hiệu ứng này xảy ra bất chấp thực tế là một phép đo trên một photon độc thân sẽ cho biết một giá trị ngẫu nhiên của sự phân cực. Trong khi một mối tương quan như thế có thể xảy ra trong thế giới phi lượng tử, nhưng cơ học lượng tử củng cố nó vượt ngoài cái được trông đợi từ vật lí cổ điển. Sự không tương thích này giữa thế giới lượng tử và thế giới cổ điển đã được mô tả súc tích bởi nhà vật lí người Bắc Ireland John Bell vào năm 1964 và đã được xác nhận bởi một loạt thí nghiệm thực hiện hồi thập niên 1970 và 1980.

Nay Maria Chekhova và các đồng sự tại Viện Khoa học Ánh sáng Max Planck và Đại học Moscow vừa tạo ra những trạng thái lượng tử chứa tới 100.000 photon, và tất cả chúng đều bị vướng víu với nhau.

Xung càng sáng, sự vướng víu càng mạnh. (Ảnh: iStockphoto/Mihail Ulianikov)

Những tinh thể phi tuyến

Thí nghiệm của đội khoa học bắt đầu với việc chiếu một xung laser vào một bộ tách chùm tia phân cực, tạo ra hai xung với sự phân cực khác nhau. Hai xung này được chiếu vào hai tinh thể phi tuyến và “bơm” hai tinh thể đó. Nhờ bản chất phi tuyến của hai tinh thể, một photon trong một xung bơm có thể phân hủy thành một cặp photon vướng víu có sự phân cực giống nhau – nhưng có năng lượng khác nhau (A và B). Một photon thuộc vùng hồng ngoại và photon kia thuộc vùng nhìn thấy của phổ điện từ.

Sự phân hủy ban đầu trong tinh thể sẽ xảy ra tự phát và khi cặp photon thứ nhất truyền qua tinh thể nó sẽ kích thích sự phát xạ của những cặp photon kia. Hiệu ứng thác lở sẽ tạo ra một xung photon và toàn bộ bị vướng víu trong cái gọi là một trạng thái “chân không nén”. Xung sáng bị nén bởi vì số lượng photon có trong xung A và B có tương quan chính xác hơn ở những xung laser tiêu biểu có năng lượng bằng nhau. Phần chân không của tên gọi có xuất xứ từ thực tế là xung sáng bắt đầu tự phát với không có photon nào – trạng thái chân không.

Những xung photon vướng víu từ mỗi tinh thể sau đó được kết hợp lại trong một bộ tách chùm tia phân cực thứ hai để tạo ra một xung đơn không phân cực. Xung này được xử lí bằng một “bản lưỡng sắc”, làm hướng phân cực của các photon thuộc một năng lượng nào đó – ví dụ A – quay 90 độ so với hướng phân cực của những photon có năng lượng B. Kết quả là một xung vướng víu là một “trạng thái Bell đơn vĩ mô” – nếu hướng phân cực của photon A đo được là thẳng đứng, thì hướng phân cực của photon B sẽ là nằm ngang và ngược lại. Tính chất này của sự tương quan phân cực đúng cho bất kì sự chọn lựa trạng thái phân cực nào: nếu photon A bị phân cực tròn phải, chẳng hạn, thì photon B bị phân cực tròn trái, vân vân.

Đo sự vướng víu

Thách thức tiếp theo đối với đội nghiên cứu là làm thế nào chứng minh rằng các photon đó thật sự bị vướng víu. Yêu cầu này được thực hiện bằng cách cho xung sáng đi qua một tách chùm tia phân cực cuối cùng, gửi những photon có hướng phân cực ngang về phía một máy dò và những photon có hướng phân cực thẳng đứng về một máy dò thứ hai.

Tổng số photon trong mỗi xung được đếm bởi máy dò và mức độ vướng víu của một xung có thể được xác định bằng cách khảo sát sự tương quan giữa các tín hiệu ở hai máy dò. Đội bằng cách đã không thể kiểm tra sự vướng víu trên bằng cách sử dụng bất đẳng thức Bell bởi vì bất đẳng thức Bell thông thường chỉ có giá trị đối với những cặp photon và không có khả năng áp dụng trong trường hợp này. Sự sai lệch khởi một bất đẳng thức Bell vĩ mô vẫn còn là một thách thức. Tuy nhiên, đội nghiên cứu đã có thể xác lập sự vướng víu bằng cách sử dụng “điều kiện khả năng phân chia” áp dụng cho những hệ như thế. Phân tích cho thấy các xung sáng có mức độ tương qua lớn hơn cái được phép bởi vật lí cổ điển và do đó là bị vướng víu.

Càng nhiều photon, càng vướng víu

Các nhà nghiên cứu còn tính được một thông số của xung sáng gọi là “số Schmidt”, đó là một số đo mức độ vướng víu bên trong xung. Họ tìm thấy rằng số Schmidt tỉ lệ với số photon trung bình có trong xung. Theo đội nghiên cứu, điều này có nghĩa là xung càng sáng thì bị vướng víu nhiều hơn so với những xung yếu.

Xiao-Qi Zhou thuộc trường Đại học Bristol ở Anh đã mô tả thí nghiệm trên là “một phương pháp rất khéo léo nhằm phát hiện ra sự vướng víu ở trạng thái quang lượng tử lớn như thế”. Ông nói, “Người ta biết rằng một trạng thái [chân không nén] lớn là bị vướng víu nhưng không biết làm thế nào chứng minh nó bằng thực nghiệm.”

Zhou tin rằng ứng dụng triển vọng nhất nhất của xung sáng vướng víu trên là trong “đo lường lượng tử thực hành”. Ví dụ như kính hiển vi pha và con quay hồi chuyển quang học.

Chekhova cho biết những xung sáng trên còn có thể sử dụng cho sự phân bố khóa lượng tử, lõ thuật sử dụng sự vướng víu để cho phép hai phe trao đổi thông tin lượng tử với nhau một cách bí mật. “Thông tin lượng tử có thể được mã hóa thành số photon, và khi đó các chùm A và B sẽ được phân bố đến hai người dùng,” bà nói. “Giao thức này sẽ giống với giao thức Ekert đã biết, dựa trên những cặp photon, nhưng ở đây bảng chữ cái sẽ nhiều kí tự hơn.”

Nguồn: thuvienvatly.com

Các electron “phớt lờ” giả thuyết và đi theo một lộ trình khác

Các electron “phớt lờ” giả thuyết và đi theo một lộ trình khác

Người ta có thể chế tạo những sợi dây bằng vàng mỏng đến mức thậm chí không có đủ chỗ cho các electron vượt qua nhau. Cứ như thể chúng đang chạy trên xa lộ một làn xe. Nhưng chính xác thì các electron đi theo đường nào? Các phép đo thực hiện bởi các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Nano MESA+ thuộc trường Đại học Twente đã mang lại câu trả lời. Thật bất ngờ, người ta tìm thấy các electron không chuyển động qua chính các dây nano đó, mà chuyển động qua những “chỗ hõm” ở giữa chúng. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh điều này trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature Physics.

Ảnh chụp hiển vi lực nguyên tử (17 nm x 15 nm) cho thấy các dây nano trên một chất nền germanium

Các dây nano trên có tiết diện không hơn một nanomet vuông (một nanomet là một phần triệu của một millimet) và được gắn với một chất nền làm bằng chất bán dẫn germanium. Các dây nano hầu như không có khiếm khuyết đó được đặt cách nhau chỉ 1,6 nm. Bố trí này buộc các electron phải có hành trạng một chiều.

Trong một bài báo mới đăng trên tạp chí Nature Physics, các nhà nghiên cứu người Đức trình bày rằng các electron thể hiện hành trạng này theo một chiều song song với các dây nano vàng. Nghiên cứu của họ cho thấy “xa lộ một làn xe” nằm dọc theo các “rãnh” dây nano vàng. Các nhà nghiên cứu người Nhật đáp lại với phát biểu rằng thật ra các electron chuyển động theo một chiều vuông góc trục thẳng hàng của các dây nano.

Các nhà nghiên cứu thuộc nhóm Vật lí Tiếp giáp và Vật liệu Nano, do giáo sư Harold Zandvliet đứng đầu, đã quyết định kiểm tra những quan điểm này, họ tạo ra một ảnh không gian của đường dẫn của các electron. Vậy thì nhóm nào đúng? Chiến thắng thuộc về nhóm người Đức, nghĩa là các electron thật sự di chuyển song song theo các dây nano. Tuy nhiên, sự vận chuyển điện tích xảy ra ở những “chỗ hõm” giữa các dây nano, chứ không trên bản thân các dây nano. Như vậy, nghiên cứu trên đã làm sáng tỏ bất ngờ về hành trạng của những hạt mang điện ở thang bậc nguyên tử.

Nguồn: thuvienvatly.com

Công bố bản ghi âm xưa nhất trong lịch sử

Công bố bản ghi âm xưa nhất trong lịch sử

Các nhà nghiên cứu vừa tìm thấy và số hóa cái theo các chuyên gia là bản ghi âm xưa nhất của một giọng nói Mĩ và bản nhạc được ghi lại đầu tiên trong lịch sử.

Máy hát đĩa lá thiếc của Thomas Edison vào năm 1878

Bản ghi âm được thực hiện trên một tấm lá thiếc trên một máy hát đĩa do Thomas Edison phát minh và ghi âm ở St. Louis vào năm 1878. Mở đầu là một bản độc tấu ngắn với kèn cornet, sau đó là giọng một người nam nói có vần điệu. Kết thúc bản ghi âm dài 78 giây là tiếng cười to của giọng nam đó.

Tấm lá thiếc và bản ghi âm mới số hóa được trưng bày tại một bảo tàng ở Schenectady, New York, nơi Edison đã thành lập Công ti General Electric.

Nguồn: thuvienvatly.com

Cá biển tàng hình nhờ lớp da óng ánh bạc

Cá biển tàng hình nhờ lớp da óng ánh bạc

Một số loài cá có vẻ khó nhìn thấy trước những kẻ săn mồi vì màu da bạc của chúng không làm phân cực ánh sáng phản xạ, theo các nhà nghiên cứu ở Anh. Các nhà nghiên cứu đã khảo sát ba loài cá và tìm thấy màu da của chúng có chứa hai loại “tinh thể guanine”, mỗi tinh thể có quang tính khác nhau. Đội nghiên cứu cho biết cơ chế trên có thể dễ dàng áp dụng cho những dụng cụ quang nhân tạo đòi hỏi những gương phản xạ không phân cực để cải thiện hiệu suất chung của chúng.

Nhiều loài cá có da óng ánh bạc và hiện tượng này đã thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trong nhiều năm qua. “Chúng ta biết rằng chúng cố gắng càng bạc càng tốt để [tự] ngụy trang,” Nicholas Roberts thuộc trường Đại học Bristol giải thích. Roberts, cùng với các đồng sự khác tại Bristol, đã cố gắng tìm hiểu mục đích thật sự của lớp áo choàng bạc của cá, ví dụ như cá mòi châu Âu và cá trích Đại Tây Dương. Khi ánh sáng phản xạ khỏi một bề mặt, nó thường bị phân cực. Người ta cho rằng da của cá sẽ hoàn toàn làm phân cực ánh sáng khi phản xạ, cho nên sẽ có một sự suy giảm suất phản xạ toàn phần. Điều này sẽ gây bất lợi đối với cá vì nó sẽ dễ nhìn thấy hơn trước những kẻ săn mồi.

Da cá óng ánh bạc giúp chúng ẩn mình trước những con vật săn mồi của biển. (Ảnh: Shutterstock/Eskemar)

Áo choàng bạc óng ánh

Da cá có cấu trúc phân lớp – nếu bạn đánh bỏ lớp đầu tiên tạo bởi các vẩy, thì còn lại lớp bạc óng ánh. Bên dưới vảy là một lớp mô – gọi là "stratum argenteum" – gồm các tinh thể guanine và tế bào chất. Chính tinh thể guanine là cái người ta quan tâm – chúng có hai loại, mỗi loại có quang tính khác nhau và mỗi loại có mặt với tỉ lệ khác nhau trong da cá.

Hai loại tinh thể guanine có trục quang hoặc song song với trục chính của tinh thể hoặc vuông góc với mặt phẳng tinh thể. Và chính sự sắp xếp này đã làm trung hòa hiệu quả sự phân cực của sự phản xạ và làm cho ánh sáng phản xạ không bị phân cực với một ngưỡng góc rộng.

Khi hai loại tinh thể trên có mặt, ánh sáng bị phản xạ tại mọi góc, và sự giảm suất phản xạ thường do sự phân cực gây ra được tránh khỏi, nên da của chúng vẫn giữ được suất phản xạ cao. Vì không chịu sự suy giảm suất phản xạ, nên chúng không còn nổi bật trước môi trường xung quanh nữa. Sự trung hòa phân cực này phải đặc biệt có ích đối với cá vì một số động vật biển được biết có thị lực không nhạy với màu sắc nhưng có thể phát hiện ra sự chênh lệch phân cực, và chúng sử dụng điểm này làm lợi thế trong khi săn mồi.

Tiếp sau cá...

Thủ thuật quang học đơn giản này có thể có lợi ích lớn ở những dụng cụ nhân tạo, nơi đòi hỏi sự độc lập phân cực cao. Các gương phản xạ nhiều lớp điện môi không phân cực là cần thiết cho các dụng cụ quang và có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực quang học sợi, bộ dẫn sóng điện môi và gương phản xạ ngược LED. Cơ chế phản xạ này của cá “khác với các thiết kế gương không phân cực hiện có ở chỗ, và quan trọng, là không có sự tương phản chiết suất giữa lớp chiết suất thấp ở gương và môi trường bên ngoài. Cơ chế này có thể sẵn sàng đưa vào sản xuất và khai thác trong các dụng cụ quang tổng hợp”.

Trong những tháng tới, Roberts và nhóm của ông tập trung vào khảo sát thêm những loài động vật biển khác có “thị lực nhạy phân cực” và nghiên cứu “cơ sở quang học hấp dẫn” của chúng.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature Photonics.

Nguồn: thuvienvatly.com

Đi tìm leptoquark – hạt ‘thú có túi’

Đi tìm leptoquark – hạt ‘thú có túi’

Mọi nguyên tử trong cơ thể của chúng ta có cấu tạo từ electron, proton và neutron, và proton và neutron còn có thể chia nhỏ thành các quark. Như vậy, về cơ bản chúng ta được cấu tạo từ chỉ hai loại hạt: electron và quark. Nhưng những tên gọi này có ý nghĩa gì? Tại sao chúng ta nói các electron và quark khác với nhau?

Vì chúng không có tên gọi giống nhau, nên chúng ta phải định nghĩa hạt qua cách chúng tương tác. Vấn đề có chút tương tự như việc lập danh mục các loài hoang dã trên một lục địa mới – thoạt đầu, mọi thứ thật lạ lẫm, nhưng cuối cùng chúng ta thấy các loài có thể được phân nhóm theo những kiểu hình nhất định nào đó như thế nào. Một số con kêu quác quác và đi lạch bạch nên ta gọi chúng là vịt, trong khi một số con khác thì toàn lông và xây đập nên ta gọi chúng là hải li. Khi các nhà vật lí lần đầu tiên khảo sát thế giới hạ nguyên tử, họ để ý thấy có hai loại tương tác hạt nhân cơ bản, một tương tác mạnh hơn tương tác kia nhiều lần. Cho đến ngày nay, chúng được gọi là lực yếu và lực mạnh vì chúng chưa từng có tên gọi nào tốt hơn nữa.

Các lepton và quark khớp một cách tự nhiên thành ba thế hệ bộ đôi dựa trên cách chúng tương tác với lực yếu. Các nhà vật lí không biết vì sao hai loại hạt này lại khớp kiểu với nhau đến như vậy.

Tương tự như vậy, các hạt vật chất được phân nhóm làm hai họ, lepton và hadron, theo xuất xứ từ nguyên Hi Lạp có nghĩa là nhỏ và lớn. Thật kì lạ, các lepton có vẻ hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi lực mạnh, còn các hadron thì bị lực mạnh thống trị đến cùng cực. Mặc dù các lepton – ví dụ như electron quen thuộc – có thể biến đổi thành lepton khác – muon, tau và neutrino – nhưng tổng số lepton trong vũ trụ dường như không đổi (đếm một lepton vật chất là +1 và một lepton phản vật chất là -1). Điều tương tự cũng đúng đối với các quark, viên gạch cấu trúc cơ bản của hadron. Có một nguyên nhân sâu sắc cho sự tương tự này, nhưng cho đến nay người ta vẫn chưa hiểu rõ.

Sự tương đồng giữa các lepton và quark còn bất ngờ hơn nữa khi chúng ta sắp xếp chúng theo cách chúng tương tác với lực yếu. Nhiều nhà vật lí cho sự tương đồng như thế giữa lepton và quark không phải là tình cờ, và chúng có thể liên hệ với nhau bằng cách nào đó. Nếu vậy thì có thể có một hạt mới thuộc cả hai loại hạt – một leptoquark. Một hạt như thế sẽ gây sốc tương tự như khi phát hiện ra thú có túi, một loài thú đẻ trứng giống như vịt nhưng lại đầy lông giống hải li.

Các nhà vật lí đã bắt đầu tìm kiếm leptoquark trong những năm qua, nhưng chưa tìm ra hạt nào cả. Nếu chúng thật sự tồn tại, thì chúng phải có khối lượng cao hơn những thí nghiệm trước đây có thể với tới. Leptoquark còn cho phép vật chất bình thường phân hủy tự phát, cái chưa từng được quan sát thấy. Nếu leptoquark có một khối lượng lớn, thì các thăng giáng ở vật chất bình thường sẽ hiếm khi đạt tới nó và các phân hủy sẽ rất hiếm nên khó để ý thấy. Cả hai xét đoán này đều hướng tới một thang năng lượng cao, cho nên nơi có thể tìm kiếm leptoquark là tại LHC, cỗ máy năng lượng cao nhất trên thế giới.

Các leptoquark được sinh ra theo cặp, và mỗi cặp sẽ phân hủy thành một lepton và một quark. Đây là một trong những sự kiện giống-leptoquark tìm thấy trong cơ sở dữ liệu CMS. Có quá ít sự kiện như thế này để bác bỏ những lời giải thích theo nền vật lí chuẩn.

Thí nghiệm CMS đã lùng sục toàn bộ kho dữ liệu thu thập trong năm 2011, tương ứng với khoảng 500 nghìn tỉ va chạm proton-proton. Họ đang tìm kiếm những sự kiện trong đó một leptoquark và một phản leptoquark được sinh ra bởi năng lượng va chạm, mỗi hạt phân hủy thành một lepton và một quark (hay tương đương phản vật chất của chúng). Một số lepton, như electron, để lại một vết tích rõ ràng qua máy dò hạt CMS, trong khi những lepton khác, như neutrino, lại vô hình trước máy dò và phải được suy luận ra từ sự mất cân bằng ở các mảnh vỡ. Một quark thì luôn luôn tạo ra một nhánh hạt.

Cuộc tìm kiếm đã nhận ra một số sự kiện với những đặc trưng này, nhưng chúng không được trông đợi từ những quá trình vật lí đã biết. Vì thế, những kết quả này đặt ra những ràng buộc chặt chẽ nhất cho đến nay đối với khối lượng của leptoquark. CMS hiện đang cật lực khảo sát dữ liệu trong năm 2012, trong đó năng lượng va chạm proton là cao hơn và do đó có thể tạo ra nhiều leptoquark nặng hơn, nếu như chúng có tồn tại.

Nguồn: thuvienvatly.com

Phát hiện một hành tinh cỡ Trái đất trong hệ sao Alpha Centauri

Phát hiện một hành tinh cỡ Trái đất trong hệ sao Alpha Centauri

Hệ Alpha Centauri – hệ sao gần Trái đất nhất, chỉ ở xa 4,3 năm ánh sáng – lâu nay vẫn nằm trong giấc mơ của các nhà tương lai học vũ trụ. Bây giờ hệ sao này còn trở nên hấp dẫn hơn khi mà các nhà thiên văn học người châu Âu vừa công bố khám phá ra một hành tinh có khối lượng ngang ngửa với Trái đất đang quay xung quanh một ngôi sao trong hệ Alpha Centauri. Hành tinh này – quay xung quanh ngôi sao Alpha Centauri B – còn là hành tinh ngoại nhẹ cân nhất từng được phát hiện quay xung quanh một ngôi sao giống với mặt trời của chúng ta. Các nhà thiên văn công bố những kết quả của họ trên số ra trực tuyến của tạp chí Nature, ngày 17 tháng 10, 2012.

Hình minh họa Alpha Centauri B và hành tinh của nó, Alpha Centauri A và Mặt trời của chúng ta.

Alpha Centauri là một trong những hệ sao sáng nhất có thể nhìn thấy từ Bán cầu Nam của Trái đất. Cái có vẻ như một ngôi sao trước mắt bạn thật ra là hai ngôi sao liên kết hấp dẫn với nhau, và một ngôi sao thứ ba, Proxima, ở gần đó. Thật ra Proxima chính là ngôi sao gần hệ mặt trời của chúng ta nhất, nhưng xét nguyên tổng thể thì hệ sao Alpha Centauri được xem là hệ sao gần nhất với Trái đất và Mặt trời của chúng ta.

Hai ngôi sao lớn nhất trong hệ Alpha Centauri giống với Mặt trời của chúng ta. Chúng được đặt tên là Alpha Centauri A và B. Hành tinh mới phát hiện quay xung quanh Alpha Centauri B, đó là ngôi sao hơi nhỏ hơn và kém sáng hơn Mặt trời của chúng ta. Hành tinh trên có khối lượng lớn hơn khối lượng của Trái đất một chút. Nó quay cực kì gần ngôi sao của nó – chỉ cách khoảng bốn triệu dặm, tức khoảng sáu triệu km. Để so sánh, Thủy tinh – hành tinh có quỹ đạo hẹp nhất trong Hệ Mặt trời của chúng ta – quay cách Mặt trời từ 50 triệu đến 70 triệu dặm. Trái đất quay cách Mặt trời 93 triệu dặm (150 triệu km).

Vì thế, bạn có thể thấy hành tinh này ở quá gần Alpha Centauri B. Nó không nằm trong vùng ở được của ngôi sao – tức vùng mà trong đó nước lỏng có thể tồn tại trên bề mặt hành tinh. Sự sống như chúng ta biết đòi hỏi có nước lỏng. Như vậy rất không có khả năng có sự sống trên hành tinh mới phát hiện trên.

Bầu trời sẽ trông như thế nào từ hành tinh này, nếu như có sinh vật sinh sống trên đó để nhìn ngắm? Trước tiên, mặt trời của nó – Alpha Centauri – sẽ thống ngự bầu trời ban ngày của hành tinh. Lúc ban đêm, ngôi sao lớn kia trong hệ, Alpha Centauri A, sẽ tỏa sáng trên bầu trời của nó, mặc dù Alpha Centauri A ở xa hành tinh hơn Alpha Centauri B đến hàng trăm lần.

Đội nghiên cứu người châu Âu phát hiện ra hành tinh mới trên qua thiết bị HARPS – viết tắt cho High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher – gắn trên kính thiên văn 3,6 m tại Đài thiên văn La Silla thuộc ESO quản lí ở Chile. Nói cách khác, thiết bị này được thiết kế đặc biệt để tìm kiếm những hành tinh ở xa. Nó hoạt động trên nguyên lí rằng một hành tinh không chỉ quay xung quanh ngôi sao của nó; thay vậy, hành tinh và ngôi sao có một quỹ đạo tương hỗ. Chúng quay xung quanh một khối tâm chung.

Với HARPS, các nhà thiên văn có thể phát hiện ra những chao đảo hết sức nhỏ trong chuyển động của ngôi sao Alpha Centauri B gây ra bởi quỹ đạo tương hỗ của nó với hành tinh đang quay xung quanh của nó. Hiệu ứng là nhỏ - nó làm cho ngôi sao dao động tới lui chưa tới hơn 51 cm/s (1,8 km/h), khoảng bằng tốc độ bò trườn của một đứa trẻ nhỏ. Vậy làm thế nào phát hiện ra được? Bởi vì công nghệ tiến bộ đã cho phép các nhà thiên văn nhìn thấy chuyển động nhỏ xíu này. Theo các nhà thiên văn, khám phá này có độ chính xác cao nhất từng đạt được với phương pháp này.

Ảnh chụp của hệ sao Alpha Centauri. (Ảnh: ESO/Digitized Sky Survey 2, Davide De Martin)

This is the first planet with a mass similar to Earth ever found around a star like the sun. Its orbit isvery close to its star. The planet must be much too hot for life as we know it. But, the astronomers say, it might be just one planet in a system of several.

Đây là hành tinh đầu tiên có khối lượng tương đương với Trái đất từng được tìm thấy quay xung quanh một ngôi sao giống với mặt trời. Nó quay quá gần ngôi sao của nó. Hành tinh này phải quá nóng cho sự sống tồn tại như chúng ta biết. Nhưng, theo các nhà thiên văn, nó có thể chỉ là một hành tinh trong một hệ gồm vài hành tinh.

Nguồn: thuvienvatly.com

Phát hiện một loại tia vũ trụ mới

Phát hiện một loại tia vũ trụ mới

Sử dụng vệ tinh đài thiên văn tia X châu Âu XMM-Newton, các nhà nghiên cứu thuộc NCRS và CEA vừa phát hiện ra một nguồn mới của tia vũ trụ. Trong vùng phụ cận của đám sao Arches, gần trung tâm của Dải Ngân hà, những hạt này được tăng tốc trong sóng xung kích tạo ra bởi hàng chục nghìn ngôi sao trẻ đang di chuyển ở tốc độ khoảng 700.000 km/h. Những tia vũ trụ này tạo ra một phổ tia X đặc trưng bởi sự tương tác với các nguyên tử trong đám khí xung quanh. Nguồn gốc của chúng khác với nguồn gốc của những tia vũ trụ do Victor Hess khám phá hồi đúng 100 năm trước – chúng sinh ra trong những vụ nổ sao siêu mới. Các kết quả được công bố trên tạp chí Astronomy & Astrophysics.

Vùng đám sao Arches nhìn trong phổ tia X (đường contour) và phổ hồng ngoại gần (ảnh nền). Ảnh:V. Tatischeff

100 năm trước, nhà vật lí người Áo Victor Franz Hess đã phát hiện ra sự tồn tại của bức xạ ion hóa có nguồn gốc ngoài địa cầu, cái ông gọi là tia vũ trụ. Ngày nay, bản chất của chúng đã được hiểu rõ. Khi những ngôi sao nhất định lúc cuối đời của chúng phát nổ và trở thành sao siêu mới, vật chất của chúng được giải phóng ra ở tốc độ siêu thanh, phát ra sóng xung kích làm gia tốc các hạt. Vì thế, một số hạt nhân nguyên tử thu được động năng rất cao và đi vào khí quyển của Trái đất.

Tuy nhiên, những tia vũ trụ năng lượng thấp thì chưa được phát hiện ra trong vùng hành tinh của chúng ta, vì gió mặt trời ngăn cản chúng đi vào nhật quyển. Do đó, người ta biết ít về thành phần hóa học của chúng và thông lượng tia bên ngoài Hệ Mặt trời, mặc dù mọi thứ cho thấy chúng có một vai trò đáng kể trong Thiên hà của chúng ta. Chẳng hạn, bằng cách ion hóa và làm nóng những đám mây đậm đặc nhất giữa các sao, chúng có khả năng điều hòa sự hình thành sao.

Các tác giả của bài báo trên bắt đầu với việc nghiên cứu sự phát xạ tia X trên lí thuyết sẽ được tạo ra bởi tia vũ trụ năng lượng thấp trong môi trường giữa các sao. Sau đó, họ tìm kiếm những dấu hiệu của sự phát xạ trên lí thuyết này trong dữ liệu tia X do vệ tinh XMM-Newton thu thập được kể từ lúc nó được phóng lên quỹ đạo vào năm 1999 đến nay. Bằng cách phân tích tính chất của phổ tia X của sắt giữa các sao do vệ tinh này ghi lại, họ tìm thấy những dấu hiệu của một đám đông ion nhanh trong vùng phụ cận của đám sao Arches, cách tâm của Dải Ngân hà khoảng 100 năm ánh sáng. Những ngôi sao trong đám này đang di chuyển chung với nhau với tốc độ xấp xỉ 700.000 km/h. Các tia vũ trụ đó có khả năng được tạo ra trong sự va chạm tốc độ cao của đám sao trên với một đám mây khí trên đường đi của nó. Trong vùng đặc biệt này, mật độ năng lượng của các ion được gia tốc lớn gấp khoảng một nghìn lần mật độ của tia vũ trụ trong vùng láng giềng của Hệ Mặt trời.

Đây là lần đầu tiên một nguồn phát chính của những tia vũ trụ năng lượng thấp được phát hiện ra bên ngoài Hệ Mặt trời. Nó cho thấy sóng xung kích của sao siêu mới không phải là đối tượng duy nhất có thể gây ra sự gia tốc hàng loạt của các hạt nhân nguyên tử trong Thiên hà. Những kết quả này giúp người ta nhận dạng ra những nguồn phát ion mới trong môi trường giữa các sao, và có thể giúp hiểu rõ hơn tác dụng của những hạt giàu năng lượng này đối với sự hình thành sao.

Nguồn: thuvienvatly.com