Phát minh biến ánh sáng thành thể rắn và lợi ích vô tận

Trước đây, các nhà khoa học đã từng tạo ra các chất rắn kỳ lạ từ các nguyên tử nhưng đây là trường hợp đầu tiên họ kết hợp ánh sáng và vật chất để tạo ra một thể rắn độc đáo khác và nó mở ra cánh cửa cho nghiên cứu vật lý vật chất ngưng tụ.

Chất rắn siêu đặc biệt này là cái gì?

Đây là trạng thái vật chất kỳ lạ được định nghĩa bởi cơ học lượng tử, trong đó các hạt ngưng tụ thành một chất rắn kết tinh có trật tự nhưng cũng di chuyển như chất lỏng không có độ nhớt (độ nhớt ở đây đề cập đến ma sát bên trong của một chất, chi phối mức độ chảy trơn tru của chất đó).

Thông thường, chất rắn không tự di chuyển, nhưng chất rắn siêu đặc biệt này có thể thay đổi hướng và mật độ tùy thuộc vào tương tác của các hạt trong khi vẫn duy trì cấu trúc mạng có tổ chức.

Vì sao chất rắn siêu đặc biệt này lại lạnh đến vậy?

Chất rắn này cần nhiệt độ cực thấp để hình thành - thường rất gần với độ không tuyệt đối (-273,15 độ C). Hầu hết các hạt phải chiếm trạng thái năng lượng thấp nhất có thể, và nhiệt làm cho các hạt nhảy lên nhảy xuống như những quả bóng trong đập xuống sàn rắn.

Nếu vật liệu đủ lạnh, nhiệt độ không còn cản trở cách các hạt tương tác với nhau nữa. Thay vào đó, các hạt tương tác với nhau do một yếu tố quyết định chính là các hiệu ứng nhỏ của cơ học lượng tử.

Độ nhớt của chất lỏng là gì?

Độ nhớt là thước đo mức độ dễ dàng mà chất lỏng thay đổi hình dạng.

Chất lỏng có độ nhớt cao hơn có xu hướng bám dính vào chính nó nhiều hơn và do đó, chống lại chuyển động, giống như cách xi-rô chảy chậm hơn khi được rót ra từ một thùng chứa so với cách nước chảy ra từ vòi.

Tất cả các chất lỏng, ngoại trừ siêu lỏng và siêu rắn, đều có một độ nhớt nhất định.

Làm thế nào để biến ánh sáng trở thành vật chất thể rắn?

Trước đây, dạng rắn siêu đặc biệt đã được các nhà khoa học tạo ra từ khí nguyên tử. Tuy nhiên, nghiên cứu lần này sử dụng một cơ chế hoàn toàn mới dựa trên các đặc tính của hệ thống polariton.

Polariton được hình thành bằng cách ghép các photon (ánh sáng) và các giả hạt (quasiparticle) như exciton thông qua tương tác điện từ mạnh. Các đặc tính của chúng cho phép chúng ngưng tụ thành trạng thái năng lượng thấp nhất có thể tương tự như một số khí nguyên tử.

Nói cách khác, ánh sáng được ghép với vật chất và chúng có thể ngưng tụ thành thể rắn siêu đặc biệt.

Vì sao chất rắn siêu đặc biệt lại có ích?

Chất rắn siêu đặc biệt có tầm quan trọng trong nghiên cứu vì chúng cho thấy tác động của các tương tác lượng tử nhỏ giữa các hạt mà không có nhiệt độ cản trở. Hiểu cách các nguyên tử và hạt kết hợp với nhau giúp chúng ta hiểu biết sâu sắc tận gốc thế giới mà chúng ta đang sống.

Cùng với những nghiên cứu tiếp theo sau này, chất rắn siêu đặc biệt có thể được sử dụng cho máy tính lượng tử, siêu dẫn, chất bôi trơn không ma sát và các ứng dụng mà chúng ta thậm chí còn chưa nghĩ đến.

Có rất nhiều khả năng mà chúng ta vẫn chưa khám phá, và việc tạo ra chất rắn siêu việt từ ánh sáng chính là một bước tiến lớn.