Tốc độ ánh sáng, khoảng 300.000 km mỗi giây (186.000 dặm/giây), từ lâu đã được coi là giới hạn tốc độ tối thượng và bất biến của vũ trụ. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu con người có thể "chế ngự" nó? Nhà vật lý người Đan Mạch, Lene Vestergaard Hau, đã làm được điều không tưởng đó. Bà không chỉ làm chậm ánh sáng xuống tốc độ của một chiếc xe đạp, mà còn đi xa hơn nữa: dừng hoàn toàn một xung ánh sáng, lưu trữ nó, và sau đó thả nó ra theo ý muốn.
Thành tựu của bà được ví như một màn ảo thuật của tự nhiên, mở ra những cánh cửa mới cho máy tính lượng tử và sự hiểu biết của chúng ta về thế giới hạ nguyên tử.
Hành Trình Chinh Phục Tốc Độ Ánh Sáng
Lene Vestergaard Hau (sinh ngày 13 tháng 11 năm 1959) là một nhà vật lý xuất sắc tốt nghiệp Đại học Aarhus ở Đan Mạch. Sự nghiệp của bà có một bước ngoặt lớn khi bà chuyển đến Hoa Kỳ và bắt đầu công việc tại Đại học Harvard. Tại đây, bà đã bắt tay vào một nhiệm vụ đầy tham vọng: tạo ra một trạng thái vật chất kỳ lạ được gọi là Ngưng tụ Bose-Einstein (Bose-Einstein Condensate - BEC).
Ngưng tụ Bose-Einstein là gì?
Đây là một trạng thái vật chất được dự đoán bởi Albert Einstein và Satyendra Nath Bose vào năm 1924, nhưng phải đến năm 1995 mới được tạo ra lần đầu tiên trong phòng thí nghiệm. Khi một đám mây nguyên tử được làm lạnh đến nhiệt độ cực kỳ thấp – chỉ vài phần triệu độ trên độ không tuyệt đối (-273,15°C) – các nguyên tử sẽ mất đi bản sắc riêng và hợp nhất lại thành một "siêu nguyên tử" duy nhất, hoạt động đồng nhất như một thực thể lượng tử.
Sau nhiều nỗ lực, vào tháng 6 năm 1997, phòng thí nghiệm của Hau đã thành công trong việc tạo ra BEC. Bà chia sẻ: "Tôi rất tò mò muốn xem trạng thái vật chất mới này như thế nào. Chúng tôi vô cùng hạnh phúc. Chúng tôi đã thành công."
Biến Điều Không Thể Thành Có Thể: Làm Chậm và "Đóng Băng" Ánh Sáng
Sau khi tạo ra BEC, Hau và nhóm của bà bắt đầu khám phá các ứng dụng của nó. Họ phát hiện ra rằng bằng cách chiếu một chùm tia laser "điều khiển" vào đám mây nguyên tử siêu lạnh, họ có thể thay đổi hoàn toàn đặc tính quang học của nó. Đám mây BEC trở thành một môi trường hoàn hảo để làm chậm ánh sáng.
Thí nghiệm lịch sử được tiến hành như sau:
- Một đám mây nguyên tử natri hình điếu xì gà, dài 0,2 mm, được làm lạnh để tạo thành BEC và được treo trong một buồng chân không bằng nam châm điện.
- Một tia laser "điều khiển" được chiếu vào đám mây BEC từ bên cạnh.
- Một xung ánh sáng laser khác được bắn thẳng vào dọc theo chiều dài của đám mây BEC.
Ngay khi xung ánh sáng đi vào môi trường BEC đã được chuẩn bị, một điều kỳ diệu đã xảy ra: nó bị làm chậm lại một cách đáng kinh ngạc và bị nén lại. Sau nhiều tháng tinh chỉnh, vào tháng 3 năm 1998, Hau lần đầu tiên quan sát được ánh sáng đi chậm rõ rệt. "Tôi đã nghĩ, 'Chúa ơi, bạn là người đầu tiên nhìn thấy ánh sáng đi chậm như vậy,'" bà nhớ lại.
Đến năm 1999, bà đã thành công trong việc hãm tốc độ ánh sáng xuống chỉ còn 60 km/h (khoảng 38 dặm/giờ) – tốc độ của một chiếc xe đạp. Bà hài hước kể lại rằng vào mùa hè năm đó, khi đang bay về Copenhagen, bà nhận ra mình đang di chuyển nhanh hơn cả những tia sáng mà bà tạo ra trong phòng thí nghiệm.
 |
| Ảnh: nhà vật lý Lene Vestergaard Hau |
Không dừng lại ở đó, vào năm 2001, nhóm của bà đã đạt được một kỳ tích còn phi thường hơn: dừng hoàn toàn ánh sáng. Bằng cách tắt tia laser điều khiển đúng vào khoảnh khắc xung ánh sáng đã bị nén hoàn toàn bên trong đám mây BEC, họ đã "đóng băng" xung ánh sáng, biến năng lượng của nó thành một bản in trên các nguyên tử. Sau đó, khi họ bật lại tia laser điều khiển, xung ánh sáng ban đầu đã được giải phóng và tiếp tục cuộc hành trình của nó.
Ý Nghĩa và Tương Lai
Công trình của Lene Hau không chỉ là một thí nghiệm vật lý thú vị. Nó có ý nghĩa sâu sắc đối với tương lai của công nghệ, đặc biệt là máy tính lượng tử và truyền thông. Khả năng lưu trữ và truy xuất thông tin được mã hóa trong ánh sáng là một bước tiến quan trọng hướng tới việc xây dựng các bộ nhớ lượng tử và các mạng lưới truyền thông an toàn tuyệt đối.
Thành tựu của Lene Hau là một minh chứng cho thấy giới hạn của khoa học luôn có thể được đẩy xa hơn. Bà không chỉ làm chậm tốc độ vũ trụ, mà còn mở ra một cánh cửa mới để chúng ta nhìn vào và điều khiển thế giới lượng tử đầy kỳ diệu.
