Giải Nobel: Xuyên hầm lượng tử trên quy mô lớn

Giải Nobel Vật lý năm 2025 ghi nhận việc khám phá ra hiệu ứng xuyên hầm lượng tử vĩ mô trong mạch điện.

John Clarke, Michel Devoret và John Martinis.

Khi vượt rào thế, một vật trong vật lý cổ điển sẽ bị bật trở lại, nhưng một hạt lượng tử có thể thoát ra ở phía bên kia. Đây được gọi là hiệu ứng xuyên hầm lượng tử giải thích một loạt các hiện tượng, từ các bước nhảy electron trong chất bán dẫn đến sự phân rã phóng xạ trong hạt nhân. Nhưng hiệu ứng xuyên hầm không chỉ giới hạn ở các hạt hạ nguyên tử, như được nhấn mạnh bởi Giải Nobel Vật lý năm nay. Những người nhận giải-John Clarke từ Đại học California, Berkeley; Michel Devoret từ Đại học Yale và John Martinis từ Đại học California, Santa Barbara đã chứng minh rằng các vật thể lớn bao gồm hàng tỷ hạt cũng có thể tạo đường hầm xuyên qua rào cản [1-3]. Sử dụng mạch siêu dẫn, các nhà vật lý đã chỉ ra rằng các electron siêu dẫn, hoạt động như một đơn vị tập thể, tạo đường hầm xuyên qua rào cản năng lượng giữa hai trạng thái điện áp. Công trình này đã mở ra lĩnh vực mạch siêu dẫn, vốn đã trở thành một trong những nền tảng đầy hứa hẹn cho các thiết bị điện toán lượng tử trong tương lai.

Tài liệu tham khảo

[1] M. H. Devoret et al., “Resonant activation from the zero-voltage state of a current-biased Josephson Junction,” Phys. Rev. Lett. 53, 1260 (1984).

[2] J. M. Martinis et al., “Energy-level quantization in the zero-voltage state of a current-biased Josephson Junction,” Phys. Rev. Lett. 55, 1543 (1985).

[3] M. H. Devoret et al., “Measurements of macroscopic quantum tunneling out of the zero-voltage state of a current-biased Josephson Junction,” Phys. Rev. Lett. 55, 1908 (1985).

Comments

Hạt nhân bất ngờ có hình quả lê

Các thí nghiệm xác nhận rằng hạt nhân barium-144 có hình quả lê và gợi ý rằng sự bất đối xứng này rõ ràng hơn so với suy nghĩ trước đây. Hầu hết các hạt nhân đều có hình tròn hoặc hơi dẹt, giống như một quả bóng đá. Nhưng trong một số hạt nhân nhất định, proton và neutron sắp xếp theo cấu hình hình quả lê hơn. Chỉ một số ít hạt nhân bị biến dạng này được nhìn thấy trong các thí nghiệm. Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã xác nhận rằng barium-144 (144Ba) là thành viên của câu lạc bộ độc quyền này. Hơn nữa, nó có thể bị bóp méo nhiều hơn những gì các nhà lý thuyết mong đợi, một phát hiện có thể thách thức các mô hình cấu trúc hạt nhân hiện tại. Việc kiểm tra trực tiếp nhất xem hạt nhân có hình quả lê hay không là tìm kiếm cái gọi là sự chuyển dịch bát cực giữa các trạng thái hạt nhân, chúng bị triệt tiêu trong các hạt nhân đối xứng hơn. Sử dụng phương pháp này, các nhà nghiên cứu đã xác nhận rằng radium-224, radium-226 và một số hạt nhân nặng khác có hình quả lê. Trong nhiều thập kỉ, các nhà ...

Gần đúng WKB cho lý thuyết Gamow của phân rã alpha

Đầu tiên, ta cần tìm hiểu gần đúng WKB (Wentzel–Kramers–Brillouin) là gì? Phương trình Schrödinger \begin{align} -\dfrac{\hbar^2}{2m}\dfrac{d^2\psi}{dx^2} + V(x)\psi &= E\psi \\ \dfrac{d^2\psi}{dx^2} &=-\dfrac{2m[E-V(x)]}{\hbar^2}\psi \end{align} Gọi \begin{equation} p(x) \equiv \sqrt{2m[E-V(x)]} \end{equation} là động lượng (cổ điển) của một hạt có năng lượng $E$ trong thế năng $V(x)$. Phương trình Schrödinger trở thành \begin{equation} \dfrac{d^2\psi}{dx^2} =-\dfrac{p^2}{\hbar^2}\psi \end{equation} Giả sử $E>V(x)$ (vùng cổ điển) khi đó $p(x)$ thực. Hạt bị nhốt trong hố thế. Một cách tổng quát, $\psi$ là hàm phức và ta có thể biểu diễn nó dưới dạng biên độ $A(x)$ và pha $\phi(x)$ \begin{align} \psi(x) = A(x)e^{i\phi(x)} \end{align} Thay vào phương trình Schrödinger \begin{align} A''+2iA'\phi'+iA\phi''-A(\phi ')^2 = -\dfrac{p^2}{\hbar^2}A \end{align} Ta tách làm 2 phương trình cho phần thực và ảo \begin{align} ...

Thăm dò Hạt nhân Helium ngoài Trạng thái Cơ bản

Một thí nghiệm tán xạ electron mới thách thức sự hiểu biết của chúng ta về trạng thái kích thích đầu tiên của hạt nhân helium. Hạt nhân helium, còn được gọi là hạt α, bao gồm hai proton và hai neutron và là một trong những hạt nhân nguyên tử được nghiên cứu rộng rãi nhất. Với số lượng nhỏ các thành phần, hạt α có thể được mô tả chính xác bằng các phép tính nguyên tắc đầu tiên. Chưa hết, các trạng thái kích thích của hạt α vẫn còn là một điều bí ẩn, bằng chứng là có sự bất đồng xung quanh sự kích thích từ trạng thái cơ bản 0+1 đến trạng thái kích thích đầu tiên 0+2 [1]. Các dự đoán lý thuyết cho quá trình chuyển đổi này không phù hợp với các phép đo, nhưng độ không đảm bảo thực nghiệm quá lớn nên không thể rút ra các hàm ý. Giờ đây, Nhóm cộng tác A1 tại Mainz Microtron (MAMI) ở Đức đã đo lại quá trình chuyển đổi này thông qua tán xạ điện tử không đàn hồi [2]. Dữ liệu mới cải thiện đáng kể độ chính xác so với các phép đo trước đó và xác nhận sự khác biệt ban đầu. Kết quả mang lại những h...

VẬT LÝ HIỆN ĐẠI

Search This Blog