Hội nghị tháng 4 năm 2018 APS, Columbus, Ohio - Cuộc họp tháng Tư năm nay tiếp tục chủ đề "Quark đến Vũ trụ" với ba phiên họp toàn thể, đáng chú ý nhất là Phiên họp toàn thể của Hội đồng sáng lập Kavli: Một thế kỷ Feynman. Một phiên họp toàn thể thứ hai bao gồm một loạt các chủ đề "Từ an ninh hạt nhân đến sự nhập hai sao neutron" và một phiên thứ ba đặc trưng người chiến thắng huy chương APS là Eugene Parker và người đoạt giải Nobel là Rainer Weiss và Barry Barish.
Một thế kỷ Feynman
Phiên họp toàn thể Kavli đã bắt đầu cuộc họp tháng Tư vào sáng thứ Bảy với một cuộc nói chuyện về cuộc đời của Richard Feynman (1918-1988) do một chuyên gia đưa ra: em gái của ông, Joan. Bài nói chuyện của cô, có tựa đề "Người em tò mò" của Feynman kéo dài thời thơ ấu của cô học từ anh trai cô, đến kinh nghiệm của cô như một nhà khoa học nữ, đến cái nhìn ngắn gọn về một ví dụ nghiên cứu khí hậu của cô trước khi kết thúc bằng lời nhớ của anh trai cô.
Joan Feynman, một nhà thiên văn vật lý học hoàn hảo, đã xuất bản khoảng 185 bài báo khoa học, mặc dù mẹ cô tin rằng "bộ não của phụ nữ không thể làm khoa học." Cô cho rằng anh trai mình là Richard - giáo viên đầu tiên của cô - và là thầy đầu tiên của cô, trả cho cô bốn cent một tuần để làm trợ lý nghiên cứu trong phòng thí nghiệm điện tử tự chế của mình khi cô năm tuổi. Feynman cũng kể lại Richard hướng dẫn cô ấy theo hướng vật lý thiên văn khi anh ta đưa cô ấy đến xem một cái cực quang (aurora).
Cô tiếp tục có một sự nghiệp lâu dài tại Phòng thí nghiệm Jet Propulsion và là người phụ nữ đầu tiên được bầu làm quan chức của Liên minh địa vật lý Mỹ (American Geophysical Union - AGU), nơi cô đảm bảo phụ nữ sẽ được chào đón tại tất cả các cuộc họp của AGU. Feynman mất vài phút để đề cập đến một số nghiên cứu của riêng mình về biến đổi khí hậu để theo dõi tầm quan trọng của việc ổn định khí hậu trong phát triển nông nghiệp, và đặt một câu hỏi quan trọng - khí hậu có trở nên không ổn định trở lại?
Feynman kết thúc buổi nói chuyện của mình với một hồi tưởng về những khoảnh khắc cuối cùng của anh trai cô sau một trận chiến kéo dài mười năm với bệnh ung thư. "Thông điệp cuối cùng của Richard đối với thế giới là "cái chết đang buồn chán, tôi sẽ không muốn làm điều đó nữa. Anh ta chết với một cảm giác hài hước và nói sự thật.", Feynman nói.
Christopher Monroe (Đại học Maryland) theo sau sự phản ánh về những đóng góp của Richard Feynman trong lĩnh vực máy tính lượng tử. "Công trình của Feynman đã kết nối lĩnh vực thông tin và máy tính lượng tử với nhau", Monroe nói. Feynman là một trong những người đầu tiên nhận ra một “cơ hội hoàn toàn mới cho thiết kế” khi dự đoán sự ra đời của công nghệ nano.
Feynman cũng đã có cái nhìn sâu sắc về cách máy tính lượng tử có thể được sử dụng: Để mô hình hóa cơ học lượng tử. Monroe bao gồm một trong những trích dẫn của Feynman về việc sử dụng mô phỏng lượng tử: "Thiên nhiên không phải là cổ điển, chết tiệt, và nếu bạn muốn tạo ra một mô phỏng về tự nhiên, bạn nên làm cho nó lượng tử, và nó là một vấn đề tuyệt vời do nó trông không dễ dàng chút nào." Feynman đã đúng về tính toán lượng tử là khó khăn, nhưng Monroe đã chỉ ra hai công nghệ lượng tử cuối cùng có thể được xây dựng thành các hệ thống: các mạch siêu dẫn và các ion nguyên tử bị bẫy. "Đã có những khoản đầu tư rất lớn vào những công nghệ này. Mọi người bắt đầu đặt cược ở đây.", Monroe nói.
Thành tựu của Feynman trong lý thuyết trường lượng tử là trọng tâm của bài nói chuyện "Dấu chân của Feynman" của Roxanne Springer (Đại học Duke). Springer cho biết: “Đây là thời điểm để chúng tôi hiểu được cách chúng tôi đã xây dựng trên công trình của Feynman về cách chúng ta hiểu được vật lý hạt nhân và hạt nhân”. Cô cũng đã vượt ra ngoài khoa học về phương pháp khoa học độc nhất của Feynman cho phép ông ta khám phá tuyệt vời và tiếp tục truyền cảm hứng cho các nhà vật lý ngày nay. Cách tiếp cận sơ đồ độc đáo của Feynman để tính toán giờ đây là một phần của vật lý.
Tuy nhiên, phương pháp khoa học của Feynman có thể có tác động lớn nhất đối với việc tiếp tục khám phá trong vật lý. "Phương pháp khoa học của Feynman bây giờ là những gì chúng tôi sẽ xem xét một tư duy phát triển. Đây là cách chúng tôi khám phá ra vật lý mới và cho phép sinh viên vật lý phát triển mạnh.", Springer nói. Các thành phần cốt lõi của phương pháp khoa học của Feynman bao gồm tư duy đặt câu hỏi và tư duy phản biện; tự mình tìm ra các vấn đề để đảm bảo rằng ông sẽ hiểu chúng; và tìm thấy niềm vui với các thách thức trong vật lý. Vào cuối buổi trò chuyện của Springer, Joan Feynman đã chú thích thêm: "Anh trai tôi không chỉ hỏi - ông ấy hoàn toàn bỏ qua nó.".
An ninh hạt nhân, các pulsar và sao neutron sáp nhập
Kể từ cái chết của Feynman vào năm 1988, vật lý đã tiếp tục tiến bộ, xây dựng trên những đóng góp của ông và di sản lâu dài, thúc đẩy tìm hiểu cái chưa biết. Môi trường làm việc cho phụ nữ trong vật lý cũng đã tiến bộ, có thể nhờ vào các nhà vật lý nữ ngoan cường như Joan Feynman. Hội nghị toàn thể thứ hai "Từ an ninh hạt nhân đến sao neutron sáp nhập” được ba diễn giải đều là phụ nữ.
Njema Frazier (DOE) đã nói về "Vật lý và Chính phủ: Điều hướng chính sách khoa học và an ninh hạt nhân", và nhấn mạnh sự kết nối giữa khoa học và an ninh tự nhiên. "Các nhà khoa học đã là một phần của chính sách khoa học ngay từ đầu," Frazier nói khi bà ủng hộ các nhà khoa học tiếp tục là một phần của các nỗ lực an ninh hạt nhân. Một phần quan trọng của chính sách hạt nhân ở Mỹ bắt nguồn từ khả năng của khoa học hạt nhân để bảo tồn nguồn cung cấp vũ khí của Mỹ.
Frazier ghi nhận tầm quan trọng của nghiên cứu cơ bản trong khoa học hạt nhân để hiểu rõ hơn về hành xử của các thành phần vũ khí hạt nhân. Nghiên cứu này góp phần vào sự hiểu biết khoa học dài hạn, các công cụ mới và tính ổn định của "quản lý kho dự trữ". Các kho dự trữ hạt nhân chuyên môn cũng rất quan trọng để đáp ứng nhu cầu chính sách của Hoa Kỳ, và Frazier nói về nỗ lực của DOE để bổ sung một số lượng nhỏ các chuyên gia hạt nhân. "Đưa vào một lực lượng lao động mới đã được thử thách. Nhưng chúng tôi đang làm việc với các đối tác để tìm kiếm tài năng lớn nhất có thể.”, Frazier nói.
Cuộc nói chuyện tiếp theo trong toàn thể chuyển từ vũ khí hạt nhân sang pulsar với phần thảo luận của Anne Archibald (Viện Thiên văn học Đài thiên văn Hà Lan) về một hệ sao ba sao và sử dụng nó để thử nghiệm Thuyết tương đối rộng của Einstein. Hệ thống này được phát hiện vào năm 2007 và có một cấu hình độc đáo với một đài phát thanh pulsar (một loại sao neutron) và hai sao lùn trắng đóng gói chặt chẽ với nhau. Các xung phát ra từ pulsar vô tuyến có thể được đo, và những thay đổi cỡ micro giây theo thời gian, do sự chuyển động của các ngôi sao lùn cho phép các phép đo của hệ thống.
Công việc của Archibald tập trung vào việc hiểu hành xử của lực hấp dẫn trong hệ thống này: làm thế nào để các vật thể trong hệ thống rơi tự do? Các phát hiện cho thấy hiệu quả của hệ thống đặc biệt này như là một nền tảng thử nghiệm. Archibald nói: “Sử dụng hệ thống này, chúng tôi có một bài kiểm tra thuyết tương đối rộng để cải thiện tất cả các bài kiểm tra khác.
Soares-Santos đã mô tả nghiên cứu về một hệ sao sao neutron - có lẽ là một trong những cặp sao neutron nổi tiếng nhất mà va chạm đã được chụp vào tháng 8 năm 2017 bởi Đài quan sát sóng hấp dẫn Giao thoa kế Laser, được gọi là LIGO. Khám phá này tạo ra những con sóng trong cộng đồng vật lý thiên văn khi nó mở ra lĩnh vực thiên văn học đa thông điệp (multi-messenger). "Đây là vụ sáp nhập sao neutron đầu tiên mà chúng tôi đã phát hiện, và nó đã mang lại rất nhiều lời hứa hẹn", Soares-Santos nói.
Việc phát hiện vụ sáp nhập sao neutron này vào ngày 17 tháng 8 là một sự kiện lớn: "tất cả mọi người tham gia nghiên cứu này sẽ nhớ họ đang ở đâu vào ngày đó", Soares-Santos nói. LIGO và Virgo đã phát hiện ra một sóng hấp dẫn và một vài vệ tinh đã phát hiện một vụ bùng nổ gamma hai giây sau đó, nó hết sức ngoạn mục. Tuy nhiên, một thành phần điện từ của các sóng và vụ bùng nổ này được tọa lạc bởi một số nhóm nghiên cứu độc lập, đầu tiên là SWOPE, một kính viễn vọng nhỏ. Khi nguồn được đặt, nó đã mở ra các quan sát ở các bước sóng khác để hiểu rõ hơn về sự hợp nhất sao neutron.
Tôn vinh xuất sắc
Phiên họp toàn thể thứ ba là để nghe từ những người chiến thắng các giải thưởng gần đây trong vật lý. Eugene Parker, người đã nhận được Huy chương APS về thành tích xuất sắc trong nghiên cứu, đã nói về từ trường của Mặt trời, một chủ đề vẫn còn rất tiềm năng trong nghiên cứu. Parker thảo luận những gì xảy ra khi các từ trường được ép lại với nhau, dẫn đến hiện tượng kết nối lại. Sự cắt bỏ vi phạm và nối lại các đường từ trường được cho là nguồn năng lượng cho các sự kiện như pháo sáng mặt trời. Parker chỉ ra các khía cạnh của điều này vẫn chưa được giải quyết và sẽ cần các phương pháp số và siêu máy tính.
Người đoạt giải Nobel Rainer Weiss (MIT) đã nói chuyện về LIGO lần thứ hai của cuộc họp: Người đầu tiên có một bài diễn văn tốt cho một khán giả tò mò. Sự nhiệt tình và chuyên môn tốt của Weiss là điều hiển nhiên đối với nhà vật lí và không vật lý, khi ông giải thích con đường dài tới LIGO. Weiss giải thích một trong những thí nghiệm đầu tiên cho thấy sóng hấp dẫn tồn tại bằng cách phân tích sự chậm lại của một pulsar nhiều năm trước LIGO. "Nghiên cứu này [do Russel Hulse và Joseph Taylor Jr thực hiện] thực sự là bằng chứng đầu tiên về sóng hấp dẫn", Weiss nói.
Trước LIGO, các thí nghiệm khác, bao gồm cả một thí nghiệm được tạo ra bởi Joseph Weber, đã tìm kiếm các sóng hấp dẫn, nhưng LIGO là người đầu tiên đạt được độ nhạy đủ cao để xem các hiệu ứng của chúng. Tuy nhiên, có được sự nhạy cảm này là một thách thức đối với LIGO đòi hỏi sự đóng góp từ nhiều nhóm và tiếp tục hỗ trợ từ Quỹ Khoa học Quốc gia.
Người đoạt giải Nobel Barry Barish (Viện Công nghệ California) đã trình bày làm sao để LIGO sau này trở thành LIGO nâng cao sau khi thiết bị được nâng cấp theo nhiều cách, quan trọng nhất là chống rung ở bề mặt trái đất, điều này có thể phát hiện sóng hấp dẫn. Barish bắt đầu làm việc trên LIGO vào năm 1994, khi NSF tài trợ xây dựng Phòng thí nghiệm LIGO, được điều hành bởi CalTech và MIT. Trong thời gian làm việc với LIGO, Barish đã giám sát sự cải thiện về độ nhạy của LIGO. "NSF là một anh hùng to lớn trong việc này", Barish nói, thừa nhận sự hỗ trợ liên tục của họ cho một thử nghiệm kéo dài 11 năm mà không đạt được mục tiêu phát hiện sóng hấp dẫn.
LIGO nâng cao giải quyết vấn đề hạn chế của nhiễu địa chấn, cho phép nó phát hiện các hiệu ứng cực kỳ nhỏ của sóng hấp dẫn ở tần số rất thấp chỉ năm ngày sau khi nó được đưa lên mạng vào tháng 9 năm 2014. Kể từ đó, LIGO cải tiến đã quan sát bốn sóng trọng lực gây ra bởi các vụ sáp nhập lỗ đen cũng như việc sáp nhập sao đôi neutron tháng 8 năm 2017 được thảo luận bởi Soares-Santos.
LIGO tiếp tục tiến lên, thúc đẩy bởi sự ra đời của thiên văn học đa thông điệp mang lại bởi sự phát hiện của sự hợp nhất sao đôi neutron. "Chúng tôi vẫn là một nhân tố của hai hoặc ba cách xa nơi LIGO cải tiến", Barish nói. Phiên bản cải tiến này của LIGO, vẫn chưa được tài trợ, được biết đến là A+ và có thể mở ra nhiều khả năng hơn trong phát hiện sóng hấp dẫn và cho phép LIGO nghiên cứu các nguồn sóng hấp dẫn hơn, thậm chí nhìn lại vũ trụ từ thuở đầu.
Người dịch: NGUYỄN LÊ ANH
Comments
Post a Comment