Giải Nobel Vật lý 2023: Đi tìm sự thật về "viên đá" xây dựng sự sống

Ngày 3/10, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã trao giải Nobel Vật lý năm 2023 cho 3 nhà khoa học gồm Pierre Agostini, Ferenc Krausz và Anne L'Huillier với công trình nghiên cứu tập trung vào khám phá thế giới hạt electron.

Trong đó, nhà khoa học L'Huillier, đến từ Đại học Lund ở Thụy Điển, là phụ nữ thứ 5 trong lịch sử từng nhận giải Nobel vật lý.

"Đây là giải thưởng danh giá nhất và tôi rất vui khi nhận được nó. Thật không thể tin được", L'Huillier chia sẻ trong cuộc họp báo sau khi nhận giải thưởng. "Bạn biết đấy, không có nhiều phụ nữ nhận được giải thưởng này. Vì thế nó rất đặc biệt".

Chuyển động của electron phức tạp thế nào?

Được biết, các hạt electron di chuyển với tốc độ cực nhanh, đến nỗi giới khoa học trước đây chưa bao giờ nghĩ rằng họ có thể theo dõi được chuyển động của chúng.

Để đo lường các chuyển động của electron, 3 nhà khoa học đoạt giải Nobel đã sử dụng đơn vị tính bằng atto giây (1x10-18 của giây), hay một phần tỷ tỷ giây. Điều này giống như cách các nhiếp ảnh gia sử dụng màn trập cực nhanh của máy ảnh để chụp cảnh một con chim ruồi đang bay.

Để hình dung về phạm vi của atto giây, Eva Olsson, Chủ tịch Ủy ban Giải thưởng Nobel, nói: "Hãy nghĩ về 1 giây. Đó là thời gian của một nhịp tim. Rồi sau đó chia cho 1.000 sáu lần".

Nhà vật lý Mark Pearce, một thành viên khác của Ủy ban Nobel, thì cho rằng "có nhiều atto giây trong 1 giây tương đương với số giây đã trôi qua kể từ Vụ nổ lớn 13,8 tỷ năm trước".

L'Huillier, nhà khoa học nữ nhận giải Nobel Vật lý 2023 mô tả: "Kỳ thực, các electron giống sóng nước hơn là hạt. Chúng xuất phát từ một điểm, và điều chúng tôi cố gắng đạt được bằng kỹ thuật của mình là xác định vị trí của đỉnh sóng".

Thông qua các thí nghiệm của mình, những nhà khoa học đoạt giải Nobel Vật lý 2023 đã tạo ra những luồng ánh sáng đủ ngắn để chụp được những bức ảnh ghi lại chuyển động cực nhanh của các electron.

Trong đó, Anne L'Huillier phát hiện ra một hiệu ứng mới từ sự tương tác của ánh sáng laser với các nguyên tử trong không khí.

Pierre Agostini và Ferenc Krausz đã chứng minh rằng hiệu ứng này có thể được sử dụng để tạo ra những xung ánh sáng ngắn hơn so với những gì mà con người biết đến trước đây.

Thế nhưng ngay cả khi các nhà khoa học đã "nhìn thấy" chuyển động của electron, mọi thứ vẫn diễn ra rất mờ.

Vì sao lại là electron?

Electron hay điện tử, có vai trò cơ bản ở nhiều hiện tượng vật lý, như điện, từ học, hóa học và độ dẫn nhiệt. Nhà khoa học L'Huillier mô tả các electron là "chìa khóa", vì đó là nơi các nguyên tử liên kết với nhau, là nơi xảy ra phản ứng hóa học.

Ferenc Krausz, nhà khoa học đồng giải Nobel Vật lý 2023, thì khẳng định: "Electron, ngay cả khi ta không thể nhìn thấy chúng, vẫn hiện diện khắp nơi trong cuộc sống".

"Electron cũng tạo thành chất kết dính giữa các nguyên tử. Nhờ đó chúng tạo thành các phân tử và những phân tử này được coi là những "viên đá" xây dựng từ chức năng nhỏ nhất của mọi sinh vật sống", Krausz nói. "Nếu bạn muốn hiểu cách chúng hoạt động, bạn cần biết chúng di chuyển như thế nào".

Các xung atto giây giúp các nhà khoa học giờ đây có thể đo thời gian cần thiết để một electron bị kéo ra khỏi nguyên tử và kiểm tra xem thời gian này diễn ra như thế nào phụ thuộc vào mức độ liên kết của electron với hạt nhân nguyên tử.

Qua đó, chúng ta có thể tái tạo lại sự phân bố của các electron dao động từ bên này sang bên kia hoặc từ vị trí này sang vị trí khác trong các phân tử và vật liệu.

Hiện tại, đề tài khoa học này nhằm mục đích tìm hiểu vũ trụ xung quanh của chúng ta, nhưng trong tương lai, giới khoa học hy vọng rằng cuối cùng nó sẽ có những ứng dụng thực tế trong điện tử, chẩn đoán bệnh tật và hóa học cơ bản.

L'Huillier cho biết công trình của bà và các cộng sự cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu khoa học cơ bản bất kể ứng dụng trong tương lai. Được biết, L'Huillier đã dành 30 năm cho nghiên cứu trước khi những ứng dụng khả thi trong thế giới thực của nó trở nên rõ ràng hơn.