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

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} ...

Vật lý thiên văn hạt nhân

Khi đề cập đến vật lý hạt nhân, chúng ta thường nghĩ đến những ứng dụng sử dụng năng lượng toả ra từ các phản ứng hạt nhân hay công thức E = mc 2 nổi tiếng. Tuy nhiên, vật lý hạt nhân còn có rất nhiều ứng dụng khác trong khoa học công nghệ (ví dụ như nghiên cứu cấu trúc vật liệu, kiểm tra không hủy mẫu) và đời sống xã hội (ví dụ như xạ trị và chẩn đoán hình ảnh trong y học, chiếu xạ trong công nghệ bảo quản thực phẩm). Bên cạnh những ứng dụng, ngành khoa học cơ bản nghiên cứu về hạt nhân nguyên tử từ lâu đã mở rộng đối tượng nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau. Cho đến ngày nay, trong lĩnh vực này vẫn còn những đối tượng nghiên cứu quan trọng liên quan đến hai ngành vật lý hiện đại đang rất được quan tâm như vật lý hạt cơ bản (các quá trình phân rã, tương tác trong vật lý hạt nhân liên quan đến tương tác mạnh, yếu và điện từ trong Mô hình Chuẩn) và vật lý thiên văn (sự hình thành các nguyên tố trong vũ trụ, sao neutron, . ..). Trong sự tỏa sáng của các ngôi sao và quá ...

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