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 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.
Ứng dụng công nghệ số toàn diện là nhiệm vụ trọng tâm của VUSTA giai đoạn tới
Ứng dụng công nghệ số toàn diện, xây dựng hệ sinh thái số là bước đi cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả quản trị và phát huy sức mạnh đội ngũ trí thức của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA). Qua đó cho thấy, VUSTA không chỉ bắt kịp xu thế công nghệ mà còn chủ động kiến tạo những giá trị mới, khẳng định vai trò tiên phong của đội ngũ trí thức trong thời đại số.

Tin mới

51 năm thống nhất đất nước: Khơi thông nguồn lực tri thức trong kỷ nguyên mới
Thông tấn xã Việt Nam giới thiệu bài phỏng vấn với Phó Giáo sư, Tiến sĩ Phạm Ngọc Linh, Phó Chủ tịch Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) về vai trò của lực lượng trí thức và những giải pháp đột phá để hiện thực hóa khát vọng hùng cường vào năm 2030 và 2045.
Phát huy vai trò nòng cốt của trí thức KH&CN tỉnh Cà Mau
Đại hội đại biểu Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh Cà Mau lần thứ I, nhiệm kỳ 2026 - 2031 tổ chức thành công thực sự đã mở ra một không gian mới để hội tụ sức mạnh, tâm huyết và trí tuệ của đội ngũ trí thức tỉnh nhà, định hình con đường kiến tạo và phát triển trong kỷ nguyên mới của đất nước.
Công bố Quyết định bổ nhiệm Giám đốc, Tổng biên tập Nhà xuất bản Tri thức
Ngày 28/4, tại Hà Nội, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) tổ chức Hội nghị Công bố quyết định về công tác cán bộ. Tại hội nghị, TSKH. Phan Xuân Dũng, Chủ tịch VUSTA đã trao Quyết định bổ nhiệm bà Bùi Thị Thu Hằng, Phó Giám đốc phụ trách, Phó Tổng biên tập NXB Tri thức giữ chức vụ Giám đốc, Tổng biên tập NXB Tri thức.
Đảng bộ Liên hiệp Hội Việt Nam tổ chức Hội nghị Ban Thường vụ - Ban Chấp hành tháng 4/2026
Ngày 28/4, tại Hà Nội, Đảng bộ Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (LHHVN) tổ chức Hội nghị Ban Thường vụ - Ban Chấp hành nhằm đánh giá kết quả công tác, đồng thời triển khai các nhiệm vụ trọng tâm, tạo chuyển biến mạnh mẽ trong công tác xây dựng Đảng và chuẩn bị cho Đại hội LHHVN nhiệm kỳ mới.
Nâng tầm sức mạnh văn hóa vùng Đất Tổ - Động lực quan trọng cho phát triển bền vững
Phát triển văn hóa và con người là nền tảng tinh thần, nguồn lực nội sinh, động lực cho phát triển nhanh bền vững. Quan điểm đó tiếp tục được khẳng định mạnh mẽ trong Nghị quyết số 80-NQ/TW của Bộ Chính trị. Nghị quyết nhấn mạnh văn hóa phải thấm sâu vào đời sống xã hội, gắn kết hài hòa với chính trị, kinh tế, môi trường, quốc phòng, an ninh, đối ngoại; thực sự trở thành sức mạnh mềm của quốc gia.
Chủ tịch Phan Xuân Dũng dự Đại hội đại biểu Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cà Mau lần thứ I
Ngày 23/4, Đại hội đại biểu Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cà Mau lần thứ I, nhiệm kỳ 2026-2031 đã thành công tốt đẹp. Chủ tịch VUSTA Phan Xuân Dũng chúc mừng, đánh giá cao những nỗ lực rất lớn của Liên hiệp Hội tỉnh, đồng thời nhấn mạnh yêu cầu đẩy mạnh TVPB, ĐMST&CĐS, lan tỏa tri thức KH&CN, phục vụ trực tiếp đời sống người dân địa phương.
Tuyên Quang: Thúc đẩy năng lực triển khai năng lực hoạt động KHCN, ĐMST và CĐS trong sinh viên
Ngày 21/4, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật (KH&KT) tỉnh Tuyên Quang phối hợp với Trường Cao đẳng Tuyên Quang tổ chức Hội thảo tập huấn, phổ biến kiến thức “Thúc đẩy năng lực triển khai hoạt động khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số trong sinh viên” bằng hình thức trực tiếp và trực tuyến.