Buzz
Nếu khái niệm về sự bất tử tồn tại, liệu nền vật lý có bị lật đổ hay không?
Không có gì tồn tại mãi mãi. Con người, hành tinh, ngôi sao, thiên hà, thậm chí có thể là chính Vũ trụ, mọi thứ đều tuân theo chu kỳ sinh - tử. Nhưng quy luật đó chưa chắc tồn tại trong thế giới lượng tử vì mới đây, các nhà khoa học đã phát hiện ra các giả hạt - quasiparticle trong nhiều hệ lượng tử có thể bất tử theo đúng nghĩa đen.
Các giả hạt không giống như các hạt electron hay quark đã biết. Chúng chỉ là hiện tượng xáo trộn trong vật chất, được tạo ra bởi lực điện hoặc từ trường trong chất rắn và hoạt động giống như hạt. Trong khi một hạt có thể trôi nổi tự do trong không gian, giả hạt chỉ tồn tại bên trong các hệ thống tương tác giữa nhiều hạt, chủ yếu là trong chất rắn.
Các giả hạt được coi là bất tử dù có quá trình phân rã, nhưng điều độc đáo là sau khi phân rã, chúng có khả năng tự tái tổ chức để trở về trạng thái ban đầu.
Điều này thách thức định luật thứ hai về nhiệt động lực học, khẳng định rằng tính entropy trong một hệ cô lập chỉ có thể tăng chứ không giảm: mọi thứ chỉ có thể bị phá vỡ, chứ không thể tự xây dựng lại. Tuy nhiên, việc phát hiện ra các giả hạt bất tử không khiến các nhà khoa học lo lắng, vì loài người vẫn còn ít hiểu biết về thế giới lượng tử - nơi có các quy luật hoạt động ngược lại với mô hình vật lý chúng ta biết.
Chúng ta đã biết tương tác mạnh là lực liên kết giữa các hạt quark, các hạt cấu thành hạt nhân nguyên tử. Lực này giữ proton và neutron trong hạt nhân liên kết với nhau. Với một số hạt nhân nguyên tố nặng, khi một số neutron bị cách ly khỏi proton, hạt nhân sẽ phân rã. Nhưng vào tháng 6 năm 2019, nhà vật lý Frank Pollman từ Đại học Kỹ thuật Munich đã phát hiện điều độc đáo: 'Chúng tôi đã giả định rằng giả hạt trong các hệ lượng tử sẽ phân rã sau một thời gian nhất định, nhưng giờ đây chúng tôi biết rằng các tương tác mạnh có thể làm cho hạt nhân ngừng phân rã hoàn toàn.'
Các nhà khoa học đã sử dụng mô hình toán học để tính toán sự tương tác phức tạp của các giả hạt và sau đó chạy mô phỏng trên siêu máy tính để theo dõi quá trình phân rã của chúng.
'Sau khi xem kết quả từ mô phỏng, chúng tôi phát hiện rằng giả hạt có thể phân rã, nhưng sau đó lại hình thành lại thành các hạt giống nhau từ các mảnh vỡ,' nhà vật lý Ruben Verresen từ Đại học Kỹ thuật Munich và Viện Vật lý Max Planck nói.
'Nếu sự phân rã diễn ra với tốc độ cực nhanh, một phản ứng đảo sẽ xảy ra sau một khoảng thời gian nhất định và các mảnh vỡ sẽ tụ lại. Quá trình này có thể tái diễn liên tục tạo nên một chuỗi sự phân rã và tái sinh,' nhà vật lý giải thích.
Cuối cùng, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng việc này không vi phạm định luật nhiệt động học thứ hai. Sự biến đổi sóng thành vật chất này được mô tả bởi khái niệm lưỡng tính sóng - hạt, một yếu tố quan trọng trong cơ học lượng tử. Ngoài ra, tính entropy của hệ chứa giả hạt không giảm, chúng vẫn được giữ nguyên.
Phát hiện này cũng đã giải quyết được một số vấn đề khác. Trong thí nghiệm trước đó, hợp chất từ tính Ba3CoSb2O9 có cấu trúc không ổn định, nhưng giờ đây các giả hạt từ tính trong chất này, được gọi là magnons, lại chính là khóa giải cho hiện tượng này. Theo mô phỏng, chúng đã tự sắp xếp lại sau khi phân rã.
Ngoài ra, các nhà khoa học đã giải thích hiện tượng heli trở thành chất siêu lỏng ở nhiệt độ tuyệt đối thấp -273,15°C, và việc chuyển trạng thái này có thể được giải thích bằng việc heli cũng chứa các giả hạt có tên roton.
Hiện nay, các khám phá này chỉ dừng lại ở mức lý thuyết, nhưng các nhà nghiên cứu tin rằng khả năng bất tử của giả hạt có thể mở ra tiềm năng cho việc lưu trữ dữ liệu lâu dài trong các hệ thống máy tính lượng tử.
Nghiên cứu này đã được xuất bản trên tạp chí Nature.
