Các nhà vật lý ở Đại học Công nghệ Massachussett (MIT) lần đầu tiên đã tạo ra một chất khí siêu lỏng, gọi là chất ngưng Bose-Einstein, trong một từ trường rất cao. Đây là một từ trường tổng hợp, được tạo ra bằng cách sử dụng tia laser, và mạnh hơn 100 lần so với nam châm mạnh nhất thế giới hiện nay. Trong từ trường này, các nhà nghiên cứu có thể giữ chất khí siêu lỏng trong một phần mười giây - đủ lâu cho nhóm nghiên cứu quan sát nó

Siêu lỏng là một pha của vật chất chỉ có những chất lỏng hoặc khí nhất định mới có thể hình thành, nếu chúng được làm lạnh đến nhiệt độ cực thấp. Ở nhiệt độ gần không độ tuyệt đối, nguyên tử không còn theo các quỹ đạo động năng riêng của nó, và bắt đầu di chuyển tập thể như một làn sóng.

Chất siêu lỏng được cho là sẽ chảy mãi, không mất năng lượng, tương tự như các điện tử trong chất siêu dẫn. Do đó việc quan sát hành vi của các chất siêu lỏng có thể giúp các nhà khoa học nâng cao chất lượng của các nam châm và cảm biến siêu dẫn, và phát triển các phương pháp tiết kiệm năng lượng để truyền tải điện.

Nhưng chất siêu lỏng chỉ tồn tại trong thời gian ngắn, và có thể biến mất trong nháy mắt, nếu nguyên tử không thể được giữ lạnh hoặc giam hãm. Các nhóm nghiên cứu MIT đã kết hợp nhiều kỹ thuật để tạo ra nhiệt độ cực lạnh, để tạo ra và duy trì một khí chất siêu lỏng đủ lâu để quan sát nó ở từ trường tổng hợp cực cao.

Nhóm nghiên cứu đầu tiên sử dụng sự kết hợp làm lạnh bằng laser và các phương pháp làm lạnh bay hơi để làm lạnh các nguyên tử rubi đến nhiệt độ nano Kelvin. Nguyên tử rubi được gọi là boson, do có số nucleon và electron chẵn. Khi làm lạnh đến gần không độ tuyệt đối, boson tạo thành loại vật chất được gọi là chất ngưng Bose-Einstein - trạng thái siêu lỏng lần đầu tiên được Ketterle tham gia phát hiện, và nhờ đó ông đã được trao giải Nobel về Vật lý năm 2001.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu có thể giữ cho khí siêu lỏng ổn định trong một phần mười giây. Trong thời gian đó, nhóm nghiên cứu chụp ảnh theo thời gian sự phân bố của các nguyên tử để nắm bắt các cấu trúc liên kết, hoặc hình dạng, của chất siêu lỏng này. Những hình ảnh cũng cho thấy cấu trúc của từ trường - một thứ đã biết nhưng cho đến nay chưa bao giờ quan sát được trực tiếp.

"Thành tựu chính là chúng tôi đã có thể xác minh và xác định trạng thái siêu lỏng", Ketterle nói. "Nếu có thể kiểm soát từ tốt hơn trường tổng hợp, phòng thí nghiệm của chúng tôi có thể dành nhiều năm nghiên cứu về chủ đề này. Đối với các chuyên gia, những gì sẽ mở ra là một cửa sổ mới vào thế giới lượng tử, nơi có thể nghiên cứu các vật liệu có các tính chất mới".

Nguồn: Nasati, 8/2015.