Widgets Magazine
07:22 23 Tháng Tám 2019
Laser

Giải thưởng Nobel kích thích sự phát triển của khoa học như thế nào

© Sputnik / Alexei Kudenko
Quan điểm-Ý kiến
URL rút ngắn
10

Vào ngày mùng 10 tháng 12, tại Stockholm đã diễn ra lễ trao giải Nobel Vật lý cho các nhà khoa học Arthur Eshkin, Gerard Moore và Donna Strickland vì những khám phá của họ trong lĩnh vực vật lý laser.

Giáo sư Sergey Popruzhenko tại Viện Laser và công nghệ Plasma thuộc Đại học Nghiên cứu hạt nhân "Viện vật lý kỹ thuật Matxcơva" Quốc gia (MEPHI) kể với phóng viên của dự án "Điều hướng xã hội do "Hãng thông tấn quốc tế Rossiya Segodnya" thực hiện về ý nghĩa phát minh của nhà bác học Moore và triển vọng ứng dụng phát minh này đối với ngành Vật lý Laser tương lai.

- Bản chất phát minh của hai nhà khoa học Strickland và Moore là gì?

— Công việc mà họ đã làm vào năm 1985 đã đưa tới những tiến bộ to lớn trong việc tăng cường tới mức tối đa cường độ của các thiết bị laser.

Trong một thời gian dài người ta tin rằng năng lượng trường bị giới hạn bởi thực tế là thân tia laser chỉ có thể chịu được một mật độ năng lượng nhất định. Thiết bị laser đạt đến giới hạn này vào những năm 80. Những nghiên cứu đòi hỏi tạo ra nhiều công suất hơn thì được liệt vào lĩnh vực khoa học viễn tưởng.

Vào năm 1985, Strickland và Moore đã tìm ra cách khắc phục giới hạn này. Vào thời điểm đó đã xuất hiện các thiết bị laser có khả năng tạo ra các xung laser trong thời gian cực ngắn. Một xung laser ngắn có thể được kéo dài theo thời gian bằng cách sử dụng một hệ thống lăng kính hoặc lưới nhiễu xạ và nó sẽ thay đổi màu sắc một chút từ đầu đến cuối, một đầu trở nên đỏ hơn và đầu kia trở nên xanh hơn. Một xung lực từ đầu đến cuối như vậy làm thay đổi một chút màu sắc của mình.

Moore và Strickland đã nảy ra ý tưởng như sau: có thể lấy xung laser femtosecond đã được khuếch đại đến giới hạn tối đa, kéo dài nó nhiều lần lên hàng nghìn và hàng trăm nghìn lần, hơi "nhuộm màu", để mỗi một phần của nó sẽ có được tần số riêng, hơi khác một chút  so với mức trung bình.

Điều gì sẽ xảy ra với công suất của xung laser? Nó sẽ giảm. Xung laser đang đạt tới mức công suất tối đa, sau khi đi qua lưới nhiễu xạ, sẽ được kéo dài và công suất của nó sẽ giảm nhiều lần. Sau đó chúng ta có thể chạy lại nó trong hệ thống này và một lần nữa tăng xung laser đến mức tối đa. Và sau đó, phản xạ từ lưới nhiễu xạ này, lại nén một lần nữa.

Quá trình này dẫn đến thực tế là cường độ bức xạ laser được tăng hàng ngàn lần. Hai nhà bác học Strickland và Moore đã cho thấy quá trình thực hiện ý tưởng này, thì ra cũng không có gì khó.

- Phát minh này đã dẫn đến điều gì?

— Tăng công suất laser tới mức rất cao. Trong vòng 30 năm, công suất của tia laser đã tăng tới hàng triệu lần. Ngoài ra, phát minh đã ra tạo động lực mạnh mẽ cho ngành khoa học cơ bản. Các nhà khoa học đã tiến gần tới lĩnh vực vật lý mà trước đây được coi là không thể tiếp cận để thử nghiệm.

- Khi nào thì Đại học Nghiên cứu hạt nhân "Viện vật lý kỹ thuật Matxcơva" Quốc gia (MEPHI) tham gia vào các nghiên cứu này?

— Chúng tôi từng có trưởng khoa lý thuyết vật lý hạt nhân, một trong những nhà lý thuyết lớn nhất thế giới, chuyên gia về điện động lực học lượng tử của trường điện từ mạnh, Giáo sư Nikolai Borisovich Naroznưy. Ông đã từng làm quen với Moore từ những năm 1970, khi họ cùng thực tập tại Đại học Rochester ở Hoa Kỳ.

Vào năm 2005, tại một hội nghị về vật lý laser ở Nhật Bản, hai ông Moore và Narozhnưy đã gặp và nhớ lại nhau.

Cuộc gặp gỡ đã trở nên rất hiệu quả. Khi Moore nghe các báo cáo của Narozhnưy, người đã dự đoán sự ra đời của cặp "electron và positron" từ chân không trong trường điện từ mạnh và những báo cáo từ các nhà khoa học khác, ông hiểu ra rằng phát minh của mình sẽ thúc đẩy sự phát triển của vật lý cơ bản và nếu công nghệ này được áp dụng ở cấp độ cao hơn thì sẽ nhận được những trường điện từ mà Narozhnưy đề cập đến.

Ông Moore đặt câu hỏi: tại sao phải có một cặp "electron và positron"? Có lẽ nếu chúng ta tăng cường độ thêm nhiều hơn, chân không sẽ đơn giản là bị các cặp này làm nổ tung, và chúng sẽ được sinh ra với số lượng lớn. Và kết quả là ông đã phát biểu một câu nổi tiếng như sau: "Ước mơ của tôi là chế tạo một thiết bị laser có thể làm nổ tung chân không".

- Làm thế nào để gây nổ chân không?

— Ý tưởng này bắt nguồn từ các cuộc thảo luận giữa Moore, Narozhnưy và các nhà lý thuyết khác. Một electron trong trường laser có thể va chạm với một photon và sinh ra một cặp "electron và positron" khác, sau đó lại thêm một cặp khác. Kết quả là hình thành một lớp, tương tự như các lớp sinh ra khi các tia vũ trụ đi vào bầu khí quyển Trái đất. Một "cơn mưa" như vậy sẽ thực sự phát sinh từ hư vô, nếu chúng ta tập trung chĩa vào nó một tia laser cực mạnh.

Các nhà khoa học Narozhny, Fedotov, Korn và Moore đã đăng một bài báo để chứng minh rằng các lớp này sẽ tiếp tục phát triển và sẽ dẫn đến thực tế là bức xạ laser được chuyển đổi hoàn toàn thành các hạt — điều này được gọi là gây nổ tung chân không. Tuy nhiên cũng phải nói thật là còn quá xa để thực hiện được ý tưởng này.

— Làm thế nào để phát triển các dự án tạo ra những thiết bị laser có công suất cực mạnh?

— Dự án nổi tiếng nhất là Extreme Light Architectural (ELI), đó là một phòng thí nghiệm đang được xây dựng bao gồm ba phần riêng biệt ở Cộng hòa Séc, Rumani và Hungary. Dự án hướng tới việc tạo ra những thiết bị có cường độ 1024, và có thể 1025watt trên mỗi cm2. Trước phát minh của hai nhà khoa học Strickland và Moore, cường độ của tia laser không vượt quá 1015watt trên mỗi cm2.

Điều này chưa đủ để thực hiện ý tưởng của Moore về vụ nổ chân không, nhưng dù sao đây cũng là một bước tiến hết sức quan trọng.

Bước tiếp theo là thành lập một Trung tâm ánh sáng cực độ quốc tế (XCELS) với thiết bị laser mạnh nhất thế giới, sẽ đạt cường độ 1026watt trên mỗi cm2 và cao hơn. Thiết bị này được thiết kế với sự tham gia của Moore và các chuyên gia hàng đầu thế giới khác về công nghệ laser siêu công suất tại Viện vật lý ứng dụng của Viện Hàn lâm Khoa học Nga tại Nizhny Novgorod dưới sự lãnh đạo của Chủ tịch đương nhiệm Viện Hàn lâm Khoa học Nga là Alexander Mikhailovich Sergeev. Bây giờ dự án đang chờ quyết định tài trợ, có thể việc trao cho Moore giải thưởng Nobel sẽ giúp thúc đẩy thực hiện quyết định trên.

- Giải thưởng Nobel còn có thể mang lại những hậu quả nào khác?

— Tôi nghĩ rằng thế giới sẽ tăng sự hỗ trợ cho các dự án về laser.

Xã hội sẽ chú ý đến lĩnh vực nghiên cứu này, học sinh và sinh viên sẽ tìm hiểu về nó, và sẽ có ai đó sẽ chọn lĩnh vực nghiên cứu này cho chính mình.

Điều này cũng quan trọng đối với trường Đại học nghiên cứu hạt nhân quốc gia MEPHI, bởi vì trường đại học của chúng tôi được tích hợp khá sâu vào công việc này, chúng tôi đang tham gia với tư cách là nhà lý thuyết trong các siêu dự án ELI và XCELS.

Mặc dù thực tế là các thiết bị laser vẫn đang trong quá trình xây dựng, tuy nhiên cơ sở hạ tầng của ELI đã bắt đầu hoạt động. Gần đây tôi đã đến đó và biết được từ giám đốc dự án là Georg Korn rằng người Nga đứng thứ hai về số lượng trong số các nhân viên dự án, và có rất nhiều chuyên gia MEPHI trong số họ.

Tôi lưu ý rằng MEPHI cung cấp những điều kiện khởi đầu rất tốt cho những người trẻ tuổi quyết định tham gia vào khoa học laser thực nghiệm hoặc về lý thuyết. Các phòng thí nghiệm mà chúng tôi hợp tác luôn đi đầu trong lĩnh vực khoa học thử nghiệm laser trên thế giới.

Tôi hy vọng sau vài năm nữa thiết bị ELI sẽ đi vào hoạt động, và đây sẽ là bước áp chót để thử nghiệm các ý tưởng của Moore trên thực tế dựa trên các công trình của Nikolai Narozhnưy và các nhà vật lý lý thuyết khác.

Và bước cuối cùng sẽ được thực hiện ở Nga, nếu dự án XCELS được ủng hộ.

Từ khóa:
giải thưởng Nobel, MEPhI