Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ hai, 25/02/2013 21:30 (GMT+7)

Photon là boson hay fermion??

Các nhà vật lý thường kể cho chúng ta nghe câu chuyện rất cơ bản về hai loại hạt là boson với mômen động lượng riêng (hay spin) là số nguyên, và loại hạt fermion với spin bán nguyên. Boson bao gồm cả các hạt vật chuyển lực ví dụ như các photon, W, và Z, và chúng tuân theo hàm phân bố Bose – Einstein. Một hệ quả quan trọng của sự phân bố này là có thể có nhiều boson cùng tự do chiếm lĩnh cùng một trạng thái lượng tử, dẫn đến một hiện tượng gọi là hiện tượng ngưng tụ Bose-Einstein và sự tạo thành laser.Trong khi đó, fermion bao gồm các hạt vật chất cơ bản (ví dụ như quark, electron…) và bị chi phối bởi phân bố Fermi – Dirac. Các fermion khác nhau không thể cùng tồn tại trong một trạng thái lượng tử, và đưa đến cho chúng ta các cấu trúc vỏ nguyên tử và các tính chất hóa học …

Lý giải không đơn giản

Nguyên lý mà các hạt với spin nguyên bị chi phối bởi thống kê Bose-Einstein trong khi đó các hạt có spin bán nguyên thì theo các tính chất Fermi-Dirac được chứng minh bởi toán học của lý thuyết trường lượng tử. Nhưng nhiều nhà vật lý, kể cả sau này là Richard Feynman, đã từng gặp những vấn đề với một thực tế rằng không có một lý giải đơn giản nào cho sự liên hệ này và nó tạo ra những sự thừa nhận đơn giản. Thật vậy, người ta từng cố suy xét rằng sự thừa nhận này có thể không thể giữ được trong các lý thuyết tổng quát hơn, ví dụ như lý thuyết dây.Dmitry Budker và Damon English của Đại học California, Berkeley đã đi đến quyết định họ cần phải tiến hành kiểm chứng nguyên lý này, được biết đến như là định lý phân bố spin (spin-statistic theorem) trước đó. Họ biết rằng cơ hội để bác bỏ một lý thuyết là rất nhỏ, nhưng vẫn cho rằng điều này dù sao vẫn rất quan trọng để tiến hành thí nghiệm. Và như Budker chỉ ra, sự phát hiện của sự vi phạm đối xứng (CP violation) trong vật lý hạt cũng là không được đoán trước, và cũng không có ngay lập tức một “kháng án” lý thuyết nào nhưng nay nó đã là trong những cấu tử chính trong việc lý giải tại sao vũ trụ lại chứa vật chất sáng và chất tối. “ Thí nghiệm của chúng tôi có độ rủi ro cao nhưng trả giá cũng rất đáng ” – Dmitry Budker nói – “ trong đó chúng tôi cực kỳ không ý định phản bác lại những lý thuyết cũ nhưng nếu chúng tôi làm được, nó có thể sẽ là một phát hiện mang tính cách mạng ”.Budker và English cùng với Valeriy Yashchuk ở Phòng thí nghiệm Quốc gia Berkeley đã nghiên cứu hai trường hợp riêng của quá trình hấp tụ hai photon của các nguyên tử Barium (Ba) trong đó mômen động lượng tổng cộng của các nguyên tử sẽ dịch chuyển từ 0 đến 1. Cơ học lượng tử cho chúng ta biết rằng không thể xây dựng một hàm sóng hai hạt với một mômen động lượng tổng cộng là 0 nếu hàm sóng là đối xứng (với sự trao đổi hạt) như là một trường hợp cho các boson khác nhau. Mặt khác, nếu các photon là boson thì không thể xảy ra một quá trình hấp thụ một cặp photon có cùng tần số.

Không có hấp thụ

Các nhà nghiên cứu đã chiếu hai chùm tia laser xanh (green laser) từ hướng ngược nhau vào một chùm nguyên tử Barium được chứa trong một hốc quang học với năng lượng kết hợp của hai photon bằng với năng lượng hấp thụ của nguyên tử Barium (hình 1). Và họ đã tìm ra rằng các tần số của hai chùm tia khác nhau chút ít so với một hấp thụ được quan sát bằng cách đo photon phát ra từ Barium khi hủy kích thích. Nhưng họ không quan sát được sự hấp thụ đó khi các tần số là khác nhau, và chứng minh rằng photon thực sự là boson.Budker và David DeMille (nay làm tại Đại học Yale), đã từng công bố các kết quả về một thí nghiệm tương tự được tiến hành năm 1999, cũng từng chỉ ra rằng photon có các hành vi của boson. Tuy nhiên, thí nghiệm mới đây chính xác hơn rất nhiều nhờ sự cải tiến của thí nghiệm để giảm thiểu sự bất định của kết quả tới ba cấp – chứng minh rằng kết quả mới tốt hơn tới mức 4 phần 10 11với độ tự tin trên 90%. Theo Budker, độ chính xác có thể được cải tiến từ 100 đến 1000 lần bằng cách cải tiến độ ổn định của các chùm laser và tăng cường hiệu suất, và giảm thiểu các nhiễu từ các detector.

Lợi ích thực tế

Budker bổ xung rằng thí nghiệm trên thực tế mang lại nhiều lợi ích. Ông nói rằng chúng có thể đo được những quá trình chuyển mức hai photon cực yếu bởi sự tách mức siêu tinh tế mà trước đó chưa thể phát hiện và có thể được sử dụng trong loại đồng hồ nguyên tử mới siêu chính xác. Có thể xem chi tiết công trình này trên bài báo mới xuất bản trên tạp chí Physical Review Letters .

Xem Thêm

Thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức
Sáng ngày 28/7, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã phối hợp với Viện Khoa học và Quản lý kinh tế (IESEM) tổ chức hội thảo "Thực trạng và giải pháp thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức trong bối cảnh Cách mạng công nghiệp 4.0".
Thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.

Tin mới

Tuổi trẻ Liên hiệp Hội Việt Nam hướng tới chào mừng Đại hội IX bằng những công trình thiết thực
Ngày 25/8, Đoàn Thanh niên Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) thực hiện công trình thanh niên hướng tới chào mừng Đại hội đại biểu toàn quốc Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật lần thứ IX, nhiệm kỳ 2026-2031, gồm hai hoạt động chính là cải tạo, chỉnh trang và gắn biển “Vườn hoa Thanh niên” và số hóa Phòng Truyền thống Liên hiệp Hội Việt Nam.
489 đại biểu chính thức tham dự Đại hội Liên hiệp Hội Việt Nam lần thứ IX
Ngày 24/8 tại Hà Nội, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) đã tổ chức gặp mặt đại diện các cơ quan báo chí, thông tin về Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ IX, nhiệm kỳ 2026-2031. Theo Ban Tổ chức, Đại hội sẽ diễn ra trong hai ngày 27 và 28/8 tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia, Hà Nội, với chủ đề “Đoàn kết - Sáng tạo - Đột phá - Phát triển”.
Phú Thọ: Đẩy mạnh truy xuất nguồn gốc, mã số mã vạch và tuân thủ chất lượng sản phẩm
Ngày 21/8/2026, tại Trung tâm Hội nghị tỉnh Phú Thọ, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Phú Thọ, trực tiếp là Chi cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng, phối hợp với Hội Mã số Mã vạch Việt Nam tổ chức Hội nghị tuyên truyền, phổ biến kiến thức về truy xuất nguồn gốc, mã số mã vạch, ghi nhãn hàng hóa và công bố tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm.
Lào Cai: Phó Chủ tịch UBND tỉnh Giàng Quốc Hưng làm Trưởng ban Tổ chức Hội thi
Ngày 20/8, Chủ tịch UBND tỉnh Lào Cai Nguyễn Tuấn Anh đã ký ban hành Quyết định số 2945/QĐ-UBND về việc kiện toàn và thành lập Ban Tổ chức Hội thi Sáng tạo kỹ thuật cùng Cuộc thi Sáng tạo thanh, thiếu niên, nhi đồng cấp tỉnh. Phó Chủ tịch UBND tỉnh Giàng Quốc Hưng được tín nhiệm giao trọng trách Trưởng ban.
Hội nghị Ban Chấp hành Đảng bộ Liên hiệp Hội Việt Nam tháng 8/2026: tập trung hoàn tất công tác tổ chức Đại hội IX
Chiều 22/8, Ban Chấp hành Đảng bộ Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (LHHVN) tổ chức hội nghị thường kỳ nhằm đánh giá kết quả công tác tháng 8, triển khai nhiệm vụ trọng tâm tháng 9/2026 và báo cáo công tác chỉ đạo chuẩn bị Đại hội đại biểu toàn quốc LHHVN lần thứ IX, nhiệm kỳ 2026-2031.
Vĩnh Long: Nâng cao nhận thức về bảo vệ môi trường, ứng phó biến đổi khí hậu, hướng đến sản xuất nông nghiệp hữu cơ
Ngày 21/8/2026, tại xã An Phú Tân, tỉnh Vĩnh Long, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh Vĩnh Long phối hợp với Chi cục Môi trường tỉnh và UBND xã An Phú Tân tổ chức Hội nghị tập huấn tuyên truyền, nâng cao nhận thức về công tác bảo vệ môi trường, ứng phó với biến đổi khí hậu, hướng đến sản xuất nông nghiệp theo hướng hữu cơ.
GS.TS. Chu Phạm Ngọc Sơn: Một đời đưa tri thức khoa học vào thực tiễn
Cuốn sách “Giáo sư - Tiến sĩ Chu Phạm Ngọc Sơn, Nhà Giáo thanh cao, Nhà Khoa học tài năng, một nhân cách lớn” vừa được ra mắt tại TP. Hồ Chí Minh nhân kỷ niệm 90 năm ngày sinh của cố GS.TS Chu Phạm Ngọc Sơn. Ấn phẩm là sự tri ân đối với một nhà khoa học tiêu biểu – người đã dành trọn cuộc đời gắn tri thức khoa học với thực tiễn sản xuất, giáo dục và sự phát triển của đất nước.