© hiepkhachquay Sự thật và trạng thái siêu rắn | Trang 1/10 SỰ THẬT VỀ TRẠNG THÁI SIÊU RẮN Matthew Chalmers Năm 2004, các nhà nghiên cứu đã có báo cáo bằng chứng rõ ràng đầu tiên về tính siêu chảy ở helium-4 rắn. Tuy nhiên, theo Matthew Chalmers mô tả thì những công trình lí thuyết và thực nghiệm mới đây đã mang thực trạng một “siêu chất rắn” như thế vào vòng nghi vấn. Nếu như một ngành vật lí được đánh giá bởi số lượng người đạt giải thưởng Nobel đã làm việc với nó, thì ngành nghiên cứu hiện tượng siêu chảy chắc chắn là một trong những ngành thành công bậc nhất. Ngành này đã khai sinh ra gần 20 người đạt giải Nobel, kể từ giải Nobel vật lí năm 1913 trao cho Heike Kamerlingh Onnes, người đã khám phá ra hiện tượng siêu dẫn, cho đến giải thưởng năm 2003 cho Alexei Abrikosov, Vitaly Ginzburg và Tony Leggett ghi nhận những đóng góp của họ đối với lí thuyết siêu dẫn và siêu chảy. Nguyên nhân vì sao thật đơn giản: những hiện tượng phản trực giác này, nhờ đó mà dưới một nhiệt độ nhất định, vật chất lan chảy không hề bị cản trở, và hiếm có mẫu hành trạng cơ lượng tử nào được nhìn thấy ở thang vĩ mô. “Có ý kiến trong số các nhà vật lí nghiên cứu vật chất hóa đặc cho rằng vai trò của Big Bang đối với vũ trụ là vai trò của các “siêu” trạng thái đối với vật lí nguyên tử” - lời của Phillip Anderson, thuộc trường đại học Princeton ở Mĩ, người cùng chia giải thưởng Nobel vật lí năm 1977 cho công trình nghiên cứu của ông về cấu trúc điện tử của các vật liệu từ tính và mất trật tự. “Đa số mọi người đều không biết liệu sự hiểu biết dựa trên các khái niệm của chúng ta về thế giới xung quanh mình đến từ lĩnh vực này, chẳng hạn như sự phá vỡ đối xứng và cơ chế Higgs, là bao nhiêu”. Hiện tượng siêu chảy được phát hiện ở pha lỏng vào năm 1938, khi Pjotr Kapitsa - người nhận giải Nobel năm 1978 cho nghiên cứu đó - nhận thấy helium-4 lỏng đột nhiên xử sự như thể nó có độ nhớt bằng không khi được làm lạnh dưới nhiệt độ khoảng 2 K. Không hề có sự cản trở dòng chảy, chất siêu lỏng có thể làm nhiều chuyện kì quái như bò lên mặt thành bình chứa hay truyền qua những khe nhỏ chỉ rộng vài nguyên tử. Hiện tượng siêu dẫn, một hiện tượng nhiệt độ thấp có kịch bản tương tự, trong đó các dòng điện truyền đi không có điện trở, là do sự siêu chảy của các electron ghép đôi. Tuy nhiên, năm 2004, Moses Chan thuộc trường đại học bang Penn ở Mĩ, và nghiên cứu sinh của ông khi đó là Eun-Seong Kim đã công bố bằng chứng cho tính siêu chảy trong một khung cảnh kém chắc chắn hơn nhiều: mạng nguyên tử của khối rắn helium-4. © hiepkhachquay Sự thật và trạng thái siêu rắn | Trang 2/10 Một pha vật chất “siêu rắn” như thế có thể chảy qua một chất rắn bình thường như thể không có nó ở đó. Giống như hiện tượng siêu chảy trong chất lỏng, hành trạng kì lạ này đã được tiên đoán là một hệ quả của hóa đặc Bose-Einstein - một sự chuyển pha trong đó tất cả các hạt trong hệ rơi vào cùng một trạng thái cơ bản và do đó không còn có thể xem chúng như những thực thể độc lập chuyển động hỗn loạn. Sự suy sụp lượng tử như thế có khả năng là do các nguyên tử helium-4 là boson, tức là các hạt có xung lượng góc spin nguyên. Từ năm 1995, khi các nhà vật lí ở Mĩ chế tạo được hóa đặc Bose-Einstein (BEC) lần đầu tiên ở pha khí bằng cách làm lạnh các nguyên tử boson tính rubiđi và natri xuống đến nhiệt độ vài trăm nano Kelvin - nhờ thành tựu đó mà họ đã được trao giải Nobel vật lí năm 2001 - những hệ này đã cung cấp một “phòng thí nghiệm” chưa hề có tiền lệ trong lịch sử để nghiên cứu cơ chế gây ra tính siêu chảy. Nếu như siêu chất rắn thật sự tồn tại, nó có nghĩa là hóa đặc Bose-Einstein đã được quan sát thấy ở pha rắn, cũng như ở pha lỏng và pha khí. Hình 1. Những nghiên cứu mới đây cho thấy “hiện tượng siêu rắn” ở helium-4 là kết quả của tính không hoàn hảo trong cấu trúc tinh thể của nó, chứ chưa hẳn là một pha mới của vật chất. Nguồn: Photolibrary Mặc dù một vài nhóm nghiên cứu đã xác nhận thông báo năm 2004 của Chan, nhưng những thí nghiệm gần đây cho thấy đóng vai trò quan trọng là sự mất trật tự trong tinh thể làm gia tăng nghi vấn về việc một pha siêu rắn như thế có được quan sát thấy hay chưa. Hơn nữa, các nhà lí thuyết không đồng ý hoàn toàn với cơ chế nào đã chi phối tính siêu rắn. “Tình trạng thật hết sức u ám”, Chan thừa nhận. © hiepkhachquay Sự thật và trạng thái siêu rắn | Trang 3/10 Siêu dấu vết Khả năng một chất siêu rắn, trong đó hóa đặc Bose-Einstein tồn tại đồng thời với mạng nguyên tử đều đặn của chất rắn, không có gì mới: nó đã được tiên đoán lần đầu tiên bởi nhà các lí thuyết người Nga Alexander Andreev và Ilya Liftshitz vào năm 1969. Thay vì các nguyên tử độc lập chịu sự đặc lại, họ đề xuất rằng trạng thái siêu rắn sẽ xuất hiện từ sự hóa đặc của các lỗ trống nguyên tử. Trong đa số chất rắn, các lỗ trống được tạo ra khi một nguyên tử ở một nút mạng nào đó được giải phóng, thường là do năng lượng nhiệt. Nhưng trong trường hợp helim-4, chất chỉ hóa đặc ở nhiệt độ cực thấp và áp suất cao (xem hình 2), các nguyên tử liên kết quá yếu nên các lỗ trống có thể tồn tại cả ở không độ tuyệt đối, do năng lượng “điểm không” lượng tử. Sự tồn tại khả dĩ của những lỗ trống điểm không như vậy đã thuyết phục John Goodkind thuộc trường đại học California ở San Diego, lùi lại thập niên 1980, rằng trạng thái siêu rắn rất đáng để nghiên cứu. “Sự tồn tại BEC ở pha rắn cũng quan trọng như việc khám phá ra hiện tượng siêu chảy ở helium lỏng”, ông nói. “Nó là một trạng thái mới của vật chất hơi khác thường”. Sử dụng siêu âm để khảo sát đặc tính của helium-4 khi nó được làm lạnh, Goodkind chú ý tới sự tăng đột ngột về vận tốc và sự tiêu tan sóng âm ở gần 200 mK, mà ông giải thích là do sự chuyển pha nhiệt động lực học - có khả năng là một BEC. Thật đáng tiếc là vào lúc đó nguồn tài trợ cho Goodkind đã cạn, nhưng kết quả bất thường của ông đã gây được sự chú ý của Kim và Chan. Hình 2. Helium-4 là đồng vị phổ biến hơn trong số hai đồng vị của helium, còn đồng vị kia là helium-3. Ở áp suất và nhiệt độ bình thường, helium tồn tại ở trạng thái khí, chủ yếu dùng cho các khinh khí cầu do tỉ trọng nhẹ của nó. Khi được làm lạnh xuống gần không độ tuyệt đối, helium trở thành chất lỏng và ở nhiệt độ 2,17 K, nó chuyển thành chất siêu lỏng chảy không có độ nhớt (do những quy luật cơ bản của cơ học lượng tử, các nguyên tử helium-3, là fermion chứ không phải © hiepkhachquay Sự thật và trạng thái siêu rắn | Trang 4/10 boson giống như helium-4, trở thành chất siêu lỏng ở nhiệt độ thấp hơn nhiều, 0,0025K, một khi chúng đã ghép đôi để tạo nên boson). Không giống như những nguyên tố khác, helium không đông đặc ở không độ tuyệt đối, mà chỉ đông đặc dưới tác dụng của áp suất. Đã được tiên đoán từ vài thập kỉ trước, những thí nghiệm gần đây cho thấy helium-4 bị nén có thể rơi vào một trạng thái mới của vật chất gọi là siêu rắn dưới nhiệt độ khoảng 200 mK. Được kích thích bởi viễn cảnh quan sát một hiện tượng mới sẽ đưa tài thực nghiệm khéo léo của họ đi đến giới hạn, Kim và Chan đã đặt ra nhiệm vụ tìm kiếm trạng thái siêu rắn vào năm 1999. Họ sử dụng một máy dao động xoắn, gồm một tế bào hình trụ chứa đầy helium áp suất cao bao quanh trong một đĩa thủy tinh Vycor tổ ong. Tế bào đó, có thể treo lên bằng một cái cần, khi đó có thể quay tới trước và sau. Bằng cách ghi nhận chu kì dao động trong khi tế bào được làm lạnh xuống gần không độ tuyệt đối, các nhà nghiên cứu có thể tìm thấy dấu vết của quán tính quay phi cổ điển - sự giảm đột ngột chu kì dao động của tế bào sẽ đánh dấu sự bắt đầu mạnh mẽ của hiện tượng siêu chảy ở helium-4 rắn bên trong nó. Khi vật mẫu đạt tới nhiệt độ 175 mK, đây chính xác là cái mà họ quan sát được (xem hình 3). “Ở một nhiệt độ đủ thấp, helium-4 rắn không xử sự như một chất rắn”, Chan nói. “Tôi không còn đếm nỗi số lượng thí nghiệm điều khiển mà chúng tôi đã thực hiện với các tế bào khác nhau để thuyết phục chính chúng tôi về hiện tượng”. Kim và Chan đã công bố kết quả nghiên cứu của họ vào tháng 1/2004, kết luận rằng sự giảm quán tính quay mà họ quan sát được “có khả năng” là do 2% helium-4 đã chịu sự hóa đặc Bose-Einstein sang trạng thái siêu rắn (Nature 427 225). Bay lượn vật vờ trước nền vật lí cổ điển, thành phần ma quỷ này của hệ vẫn thảnh thơi trong cơ cấu phòng thí nghiệm, dễ dàng đi vào và ra khỏi mạng nguyên tử bình thường khi tế bào quay xung quanh nó. © hiepkhachquay Sự thật và trạng thái siêu rắn | Trang 5/10 Hình 3. Bằng chứng có sức thuyết phục nhất cho thấy helium-4 rắn có thể trở thành chất siêu rắn đến từ những thí nghiệm máy dao động xoắn. Như được khám phá bởi Eun-Seong Kim và Moses Chan vào năm 2004, mức quán tính quay và do đó, chu kì dao động của helium-4 rắn giảm nhiệt độ ở nhiệt độ khoảng 175 mK (màu đỏ), cho thấy một số phần trong tinh thể đã trải qua sự chuyển pha sang trạng thái siêu chảy vẫn đứng yên khi helium-4 rắn “thông thường” bao quanh quay xung quanh nó. Các nhà nghiên cứu không hề nhìn thấy hành trạng như thế đối với tế bào giả lập (màu đen) hoặc khi thí nghiệm được lặp lại với người anh em fermion tính của helium-4 là helium-3 (màu xanh dương). Hơn nữa, bằng cách tăng hàm lượng helium-3 tạp chất trong mẫu helium-4 (các đường màu, lệch thẳng đứng xuống), thì nhiệt độ chuyển pha siêu rắn tăng theo và kết quả cuối cùng biến mất khi tạp chất helium-3 chiếm 0,1%. Điều quan trọng là Kim và Chan đã nhìn thấy không có hành trạng nào như vậy khi không lâu sau đó họ lặp lại thí nghiệm sử dụng helium-3. Không giống như người anh em boson tính nặng hơn của chúng, các nguyên tử helium-3 là fermion - nghĩa là, chúng có spin bán nguyên và do đó bị nguyên lí loại trừ cấm tạo nên BEC. Tuy nhiên, có khả năng cho các nguyên tử helium-3 tạo ra BEC nếu như trước hết chúng ghép đôi để hình thành nên boson, một quá trình na ná như sự ghép đôi của các electron trong hiện tượng siêu dẫn, có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiều. Thật vậy, quan sát đầu tiên thấy sự siêu lỏng ở helium-3 vào năm 1972 chỉ ở 2,7 mK - đó là kì công mà David Lee, Douglas Oscheroff và Robert Richardson đã được ghi nhận bằng giải Nobel vật lí năm 1996 - là một dấu hiệu rõ ràng cho mối liên hệ giữa hiện tượng siêu chảy và hóa đặc Bose-Einstein. Tuy nhiên, do tầm quan trọng tiềm tàng của việc khám phá ra pha siêu rắn, rõ ràng vẫn còn một số việc phải làm trước khi Kim và Chan buông từ “có khả năng” cho thông cáo của họ. Đặc biệt, có khả năng là cái “quán tính phi cổ điển” mà họ ghi nhận được đơn giản chỉ là do một lớp helium-4 trong mẫu trở nên bị bẫy trong các lỗ kích thước nanomét của đĩa thủy tinh Vycor mà trong đó helium-4 phải được chứa để giữ nó ở áp suất cần thiết. Do đó, đôi nghiên cứu đã lặp lại thí nghiệm sử dụng một khối helium-4 rắn, quan sát sự giảm quán tính quay cho thấy 1% mẫu đã trở nên siêu rắn. “Điều này cho thấy cái mà chúng tôi quan sát là một hiện tượng vĩ mô chứ không phải là một hiện tượng lượng tử, cục bộ”, Chan lưu ý. Khẳng định dứt khoát của đôi nghiên cứu về việc khám phá ra hiện tượng siêu rắn đã được công bố đúng lúc vào tháng 9/2004 (Science 305 1941). Hoàn toàn hỗn loạn Thôi thúc trước kết quả nghiên cứu đến từ trường đại học bang Penn, các nhóm nghiên cứu khác sớm bắt đầu nỗ lực tái tạo lại thí nghiệm máy dao động xoắn của Kim và Chan. Vào đầu năm 2006, ba nhóm nghiên cứu như vậy đã xác nhận kết quả siêu rắn: Keiya Shirahama và các cộng sự tại trường đại học Keio, Nhật Bản © hiepkhachquay Sự thật và trạng thái siêu rắn | Trang 6/10 (arXiv.org/abs/cond-mat/0607032); Minoru Kubota và sinh viên của ông tại trường đại học Tokyo (arXiv.org/abs/cond-mat/0702632); và John Reppy - người đã tìm kiếm không thành trạng thái siêu rắn vào cuối thập niên 1970 - và học trò của ông là Sophie Rittner tại trường đại học Cornell, Mĩ (Phys. Rev. Lett. 97 165301). Hình 4. Tế bào thí nghiệm chứa helium-4 mà Kim và Chan đã dùng để thực hiện điều khẳng định cuối cùng về hiện tượng siêu rắn vào năm 2004. Tất các các nhóm này đều xác nhận rằng dưới nhiệt độ khoảng 200 mK, chừng 1% helium-4 rắn chảy không theo cách cổ điển. Tuy nhiên, trong thí nghiệm Cornell, Reppy và Rittner cũng nhận thấy, bằng việc duy trì nhiệt độ của helium-4 rắn gần điểm tan chảy của nó trong vài giờ đồng hồ sau đó làm lạnh dần dần nỏ trở lại, họ có thể làm giảm tín hiệu siêu rắn xuống dưới 0,05% và thậm chí còn làm cho nó biến mất hoàn toàn. Vì sự “tôi luyện” như thế được mong đợi để làm giám mức độ không hoản hảo trong chất rắn, nên điều này cho thấy hành trạng siêu rắn quan sát được không phải là đặc tính chung của khối helium-4 rắn mà là kết quả của sự khiếm khuyết hay sai lệch trong cấu trúc tinh thể. Một số thí nghiệm khác nữa cũng ủng hộ cách giải thích về sự không hoàn hảo này. Hồi đầu năm nay, chẳng hạn, Reppy đã lặp lại thí nghiệm khối helium-4 của Kim và Chan, nhưng với mẫu được làm nóng và làm lạnh trở lại cực nhanh để làm xuất hiện sự mất trật tự, tìm thấy đến 20% khối rắn trở nên siêu chảy (Phys. Rev. Lett. 98 175302). Trong khi đó, một trong những sinh viên mới của Chan, Tony Clark, nhận thấy khi một đơn tinh thể cực kì tinh khiết của helium-4 được đặt trong một máy dao động xoắn, thì phần siêu rắn chỉ có 0,3%. “Tôi thấy toàn bộ những kết quả mới này rất khó hiểu”, Chan nói. “Điều kì quặc là helium rắn giới hạn trong thủy tinh Vycor trong thí nghiệm ban đầu của chúng tôi, và trong vàng © hiepkhachquay Sự thật và trạng thái siêu rắn | Trang 7/10 xốp trong một thí nghiệm khác [2005 J. Low Temp. Phys. 138 159], có chất lượng tệ hơn nhiều so với trong kết quả mới nhất của Reppy - cho tới nay chúng tôi tìm thấy phần siêu rắn chỉ có 2% mà thôi”. Hình 5. Moses Chan trước chiếc máy dao động xoắn của ông ở trường đại học bang Penn. Có thể ông sẽ là người tiếp theo đạt giải Nobel cho hiện tượng siêu chảy. Trường hợp chất siêu rắn có vẻ bị làm lu mờ đi bởi các thí nghiệm “dòng một chiều” độc lập được tiến hành bởi John Beamish và các cộng sự tại trường đại học Alberta, Canada, không bao lâu sau kết quả năm 2004 của Kim và Chan. Đội nghiên cứu đã đặt helium-4 rắn trong một dãy ống mao dẫn và tìm kiếm bằng chứng trực tiếp của hiện tượng siêu rắn bằng cách tạo ra sự chênh lệch áp suất trong mẫu và xem xét bất kì sự chuyển khối lượng nào xảy ra (2006 Phys. Rev. Lett. 96 105304 and 95 035301). “Hành trạng của helium-4 rắn hơi khác với chất siêu lỏng”, Beamish nói. “Kết quả của chúng tôi cho thấy khi hạ nhiệt độ xuống 30 mK, helium-4 rắn không chảy đi”. Các nhà lí thuyết ra tay cứu nguy Nhiều nhà lí thuyết không ngạc nhiên chút nào trước kết quả của những thí nghiệm máy dao động xoắn phải phụ thuộc mạnh mẽ vào những điều kiện mà dưới đó mẫu helium-4 rắn được chuẩn bị trước. Một phần đấy là do những tính toán thực hiện bởi Nicolay Prokofev và Boris Svistunov tại trường đại học Massachusetts và một số người khác, kể cả David Ceperley ở trường đại học Illinois, cho thấy các lỗ trống không thể tồn tại ở không độ tuyệt đối. Kết quả là hiện tượng siêu chảy ở tinh thể helium-4 có thể không có nguyên nhân do hóa đặc Bose-Einstein của các lỗ trống. Thật vậy, hồi năm ngoái, chính Chan đã nghi ngờ về lời giải thích này khi ông nhận thấy tỉ lệ siêu rắn không giảm như một hàm của áp suất, đúng ra nó phải © hiepkhachquay Sự thật và trạng thái siêu rắn | Trang 8/10 như vậy nếu như sự giảm quán tính quay quan sát được là do sự hình thành hóa đặc Bose-Einstein (Phys. Rev. Lett. 97 115302). Nhưng, một lí do còn thuyết phục hơn nữa để nghi ngờ tiên đoán năm 1969 của Andreev và Liftshitz là những tiến bộ gần đây trong việc tìm hiểu xem các loại sai hỏng tinh thể nhất định có thể tạo ra dấu hiệu giống như siêu rắn như thế nào. “Trên cơ sở những tính toán đầu tiên trên nguyên tắc bằng số, chúng tôi đảm bảo cho sự tồn tại của ít nhất hai pha siêu rắn của helium-4”, Svistunov nói. Một pha, ông nói, xảy ra ở các lớp ngoài gồ ghề siêu chảy, các lớp rộng khoảng ba nguyên tử phân cách các vùng định hướng tinh thể khác nhau (Phys. Rev. Lett. 98 135301). Pha kia là pha thủy tinh siêu chảy, trong đó các nguyên tử helium-4 hình thành một trạng thái mất trật tự không gian nhưng là trạng thái “siêu thủy tinh” rất bền (Phys. Rev. Lett. 96 105301). Sebastien Balibar tại Phòng thí nghiệm vật lí thống kê, thuộc Ecole Normale Supérieure, ở Paris, mới đây đã tìm thấy bằng chứng cho tính siêu chảy ở tinh thể helium-4 với các lớp ngoài gồ ghề. Mặc dù một mạng lưới các thực thể như vậy sẽ tạo ra quán tính quay phi cổ điển biểu hiện trong máy dao động xoắn, nhưng ông và những đồng sự của mình đã thay vì vậy lại sử dụng một dụng cụ giống như cái phong vũ biểu để tìm kiếm dấu hiệu trực tiếp của hiện tượng siêu rắn (xem hình 6). Tương tự như thí nghiệm dòng chảy của Beamish và các cộng sự, ý tưởng của họ là chứa helium-4 rắn bên trong một ống thủy tinh và dùng camera để theo dõi dòng chảy khối phản ứng lại sự chênh lệch độ cao giữa trong ống và ngoài ống (Science 313 1098). Hình 6. Sebastien Balibar và các cộng sự đã lấp đầy hai ống mao dẫn có chiều cao khác nhau bằng helioum-4 rắn (bên trái) và sử dụng một camera để quan sát xem hai hệ có đạt tới trạng thái cân bằng không (tức là có giống như chất lỏng không). Đối với các tinh thể có lớp ngoài gồ ghề (như chỉ ra trên hình bên phải, trong tinh thể helium-4 rắn rộng khoảng 1 cm2), đội nghiên © hiepkhachquay Sự thật và trạng thái siêu rắn | Trang 9/10 cứu đã thật sự quan sát được dòng chảy khối như thế. Nguồn: R Ishiguro, S Sasaki, S Balibar “Những tinh thể chất lượng tốt không biểu hiện dòng chảy, còn những tinh thể có lớp biên gồ ghề và do đó có một sự mất trật tự nhất định, thì lại biểu hiện dòng chảy”, Balibar nói. Tuy nhiên, ông thừa nhận rằng thật khó để cho một mạng lưới lớp ngoài gồ ghề siêu chảy gây ra một tỉ lệ siêu rắn lớn trong các thí nghiệm máy dao động xoắn. “Có khả năng là các lớp ngoài gồ ghề đã liên kết các vùng lỏng hay như thủy tinh trong những tinh thể mất trật tự để tạo ra một dấu hiệu siêu rắn lớn”, ông nói. Bởi vì những lớp ngoài gồ ghề như vậy không thể sắp thẳng hàng trong những khe hẹp của vật liệu, nên điều này giải thích tại sao Beamish và các cộng sự không nhìn thấy dòng chảy như thế trong thí nghiệm ống mao dẫn của họ. Hồi tháng 2 năm nay, Victor Grigo’ev và các đồng sự ở Viện Hàn lâm Khoa học Ucraina đã công bố bằng chứng cho pha thủy tinh của Prokofev và Svistunov ở helium-4 rắn (arXiv.org/abs/cond-mat/0702133). Bằng cách đo chính xác áp suất của mẫu của họ là một hàm của nhiệt độ, T, họ tìm thấy một sự lệch khỏi sự phụ thuộc T4 như lí thuyết cổ điển trông đợi sang phụ thuộc vào T2 ở nhiệt độ dưới 300 mK. Đội nghiên cứu cho biết đây là cái mà người ta trông đợi nếu như pha thủy tinh được hình thành, và cho rằng một pha như vậy có thể giải thích những kết quả dị thường trước đây ở helium-4 rắn. Chan hi vọng những nghiên cứu như thế này, tìm kiếm dấu hiệu nhiệt động lực học trực tiếp của hiện tượng siêu rắn, sẽ giúp giải quyết vấn đề giải thích nguyên nhân gây ra dấu hiệu siêu rắn quan sát thấy trong thí nghiệm của ông. “Trừ thí nghiệm siêu âm nguyên bản của Goodkind thì bằng chứng rõ ràng nhất cho hiện tượng siêu rắn từ trước đến nay vẫn đến từ những phép đo máy dao động xoắn”, ông nói. “Theo quan điểm của tôi, các kết quả của Balibar có khả năng là do các màng helium-4 lỏng chảy dọc theo “các vết nứt” hay lớp ngoài gồ ghề và không có liên quan đến hiện tượng siêu rắn quan sát thấy trong những thí nghiệm của chúng tôi”. Nhóm của Chan hiện đang tiến hành các nghiên cứu nhiệt động lực học của riêng mình. Tại cuộc họp của Viện Vật lí Mĩ hồi tháng 3 năm nay, một trong số những sinh viên mới của ông, Xi Lin, đã đưa ra các số đo công suất nhiệt của helium-4 rắn như là một hàm của nhiệt độ, cho thấy nó có dạng như lí thuyết cổ điển trông đợi cộng thêm một đỉnh nữa ở cùng nhiệt độ (khoảng 80 mK), tại đó các tín hiệu máy dao động xoắn xuất hiện. “Chúng tôi cần phải làm một thí nghiệm điều khiển được hơn nữa để vạch rõ điều này trước khi chúng tôi có thể nói cực đại này có liên quan tới hiện tượng siêu rắn hay không”, Chan nói. © hiepkhachquay Sự thật và trạng thái siêu rắn | Trang 10/10 Siêu nghi vấn Liệu Chan có phải là người tiếp theo nhận giải Nobel cho hiện tượng siêu chảy không ? “Trên cơ sở bằng chứng thực nghiệm hiện nay, chúng tôi không biết ông ấy có quan sát được trạng thái siêu rắn hay không và do đó chúng tôi không biết là nó có tồn tại hay không ?”, Goodkind nói. “Chỉ những thí nghiệm máy dao động xoắn mới cho thấy rõ ràng tín hiệu - những nghiên cứu khác về dòng chảy trực tiếp cộng với những thí nghiệm tán xạ neutron và tia X cho thấy không có bằng chứng cho hiện tượng siêu rắn và các nỗ lực tìm kiếm dấu hiệu nhiệt động lực học từ trước đến nay vẫn chưa thành công”. Tuy nhiên, Goodkind hi vọng sự đa dạng của những cuộc tìm kiếm thực nghiệm hiện tượng siêu rắn hiện nay - bao gồm cả những nghiên cứu mới đây tiến hành bởi Beamish tương tự với thí nghiệm năm 1997 của riêng ông - sẽ có thể nhận ra nguyên nhân của hành trạng kì lạ mà Chan và ông đã thấy. Tony Leggett tại trường đại học Illinois, người đã chỉ ra vào năm 1970, rằng quán tính quay phi cổ điển là dấu hiệu của trạng thái siêu rắn, cho rằng những kết quả của Rittner-Reppy mới đây với các tinh thể mất trật tự là rất có ấn tượng. “Theo tôi, những dữ liệu này cho thấy cái mà người ta nhìn thấy hiện nay là một nền động học dị thường, chứ không phải là quán tính quay phi cổ điển”, ông nói. Nhưng ông nói thêm rằng để giải quyết vấn đề một cách chắc chắn, chúng ta cần một thí nghiệm “Hess-Fairbank”, trong đó helium-4 rắn được đưa vào chuyển động quay điện một chiều thay vì điện xoay chiều như trong máy dao động xoắn. Phillip Anderson tán thành về cơ bản. “Không có thí nghiệm nào trông thấy hiện tượng siêu rắn một cách thích đáng, nhưng họ thật sự đã nhìn thấy bằng chứng cho chất lỏng lượng tử”, ông nói. Anderson gọi chất lỏng này là chất lỏng xoáy, bởi vì, theo ông nói, bằng chứng củng cố ý tưởng rằng độ xoáy - một thông số thiết yếu trong mô tả hiện tượng siêu chảy - bị lượng tử hóa chứ không ủng hộ ý tưởng độ xoáy bị đông lại. Trong khi đó, Chan - người thích không chú tâm lắm đển khả năng có một chuyến đi đến Stockholm - đang tập trung vào vai trò của những chỗ hỏng mạng tinh thể bằng cách đưa có hệ thống sự mất trật tự vào mẫu tinh thể helium-4 rắn và đo phản ứng siêu rắn của nó. “Thật thú vị khi bị lôi cuốn vào một thí nghiệm đã có nhiều nhà lí thuyết dành hết tâm trí của họ đào bới nó và khuyến cáo các đồng sự thực nghiệm tham gia cuộc tìm kiếm”, ông nói. “Đôi khi, tiến bộ đến hơi chậm, và người ta có thể nản lòng trước những ngỏ cụt tối om om. Nhưng việc khám phá này đúng là còn thú vị hơn cả việc đọc một cuốn tiểu thuyết trinh thám”. Matthew Chalmers (Physics World, tháng 5/2007) hiepkhachquay dịch . hiepkhachquay Sự thật và trạng thái siêu rắn | Trang 1/10 SỰ THẬT VỀ TRẠNG THÁI SIÊU RẮN Matthew Chalmers Năm 2004, các nhà nghiên cứu đã có báo cáo bằng chứng rõ ràng đầu tiên về tính siêu chảy. đã chi phối tính siêu rắn. “Tình trạng thật hết sức u ám”, Chan thừa nhận. © hiepkhachquay Sự thật và trạng thái siêu rắn | Trang 3/10 Siêu dấu vết Khả năng một chất siêu rắn, trong đó hóa. tính siêu chảy trong một khung cảnh kém chắc chắn hơn nhiều: mạng nguyên tử của khối rắn helium-4. © hiepkhachquay Sự thật và trạng thái siêu rắn | Trang 2/10 Một pha vật chất siêu rắn như