Các nhà vật lý đã tạo ra chùm xoáy nguyên tử đầu tiên trên thế giới - một dòng xoáy xoáy của các nguyên tử và phân tử với những đặc tính bí ẩn vẫn chưa được hiểu rõ.
Bằng cách gửi một chùm nguyên tử helium thẳng qua một mạng các khe nhỏ, các nhà khoa học đã có thể sử dụng các quy luật kỳ lạ của cơ học lượng tử để biến chùm nguyên tử đó thành một xoáy quay. Sự quay này của chùm tia, được gọi là động lượng góc quỹ đạo, mang lại cho nó một hướng chuyển động mới, cho phép nó hoạt động theo những cách mà các nhà nghiên cứu chưa dự đoán được. Ví dụ, các nhà khoa học tin rằng các nguyên tử quay tròn có thể tạo ra một chùm chiều bổ sung cho từ tính, trong số các hiệu ứng không thể đoán trước khác, do các electron và hạt nhân bên trong các nguyên tử xoáy xoắn ốc quay với tốc độ khác nhau.
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra chùm tia bằng cách hướng các nguyên tử helium qua một mạng lưới các khe nhỏ, mỗi khe có đường kính chỉ 600 nanomet. Trong lĩnh vực cơ học lượng tử – tập hợp các quy tắc chi phối thế giới của những lượng rất nhỏ – các nguyên tử có thể hoạt động như các hạt và như các sóng nhỏ, do đó, một chùm nguyên tử helium giống như sóng nhiễu xạ qua một mạng tinh thể, bị bẻ cong nhiều đến mức nó hình thành một cơn lốc xoáy trong không gian như một cái mở nút chai.
Sau đó, các nguyên tử xoáy va chạm vào một máy dò, cho thấy một số chùm tia – bị nhiễu xạ ở các mức độ khác nhau và với xung lượng góc khác nhau – ở dạng các vòng nhỏ giống như chiếc bánh rán. Các nhà khoa học cũng nhận thấy những chiếc nhẫn thậm chí còn nhỏ hơn và sáng hơn nằm bên trong ba xoáy trung tâm. Đây là những dấu hiệu của chất kích thích helium – các phân tử được hình thành khi một nguyên tử heli bị kích thích mạnh mẽ dính vào một nguyên tử helium khác.
Động lượng góc quỹ đạo truyền cho các nguyên tử bên trong bó xoắn ốc cũng làm thay đổi các quy tắc lựa chọn cơ học lượng tử xác định cách các nguyên tử bị xoắn sẽ tương tác với các hạt khác. Tiếp theo, các nhà nghiên cứu sẽ phá vỡ các chùm heli này thành các photon, electron và nguyên tử của các nguyên tố khác ngoài heli để xem chúng có thể hoạt động như thế nào.
Nếu chùm tia xoáy thực sự hoạt động khác đi, thì nó có thể là một ứng cử viên lý tưởng cho một loại kính hiển vi mới có thể nghiên cứu các chi tiết chưa được khám phá ở cấp độ hạ nguyên tử.
Đọc thêm:
- Các nhà khoa học tái tạo một trận mưa Heli có thể xảy ra trên Sao Mộc trong phòng thí nghiệm
- Các nhà vật lý vô tình tạo ra một khám phá mới về lỗ đen