Lần đầu tiên các nhà khoa học tạo ra được chất lỏng siêu chảy không ma sát

Đông cho chúng đủ lạnh và một số nguyên tử sẽ leo lên thành bình hoặc vẫn đứng yên trong khi bình đựng chúng đang quay tròn, nhờ một hiệu ứng lượng tử gọi là sự siêu chảy. Giờ thì các phân tử đã có chỗ tham gia vào cuộc chơikhoa học và công nghệ.

Sự siêu chảy là một hệ quả kì lạ của cơ học lượng tử. Làm lạnh các nguyên tử helium đến gần không độ tuyệt đối thì chúng bắt đầu hành xử giống như một đối tượng lượng tử đơn lẻ hơn là một nhóm gồm những nguyên tử riêng lẻ. Ở nhiệt độ này, sự ma sát thường xuất hiện giữa các nguyên tử, và giữa các nguyên tử và những đối tượng khác, tan biến mất, tạo ra cái gọi là sự siêu chảy.

Một số chất lỏng không có ma sát (Ảnh: Don Farral/Getty)

Để khảo sát xem các phân tử có thể siêu chảy hay không, Robert McKellar thuộc Trung tâm Nghiên cứu Quốc gia Canada ở Ottawa cùng các đồng nghiệp đã chuyển hướng sang hydrogen, phân tử tồn tại dưới dạng các cặp nguyên tử. Đội nghiên cứu đã tạo ra một hỗn hợp nén gồm hydrogen và khí carbon dioxide và ép nó vào một cái vòi ở tốc độ siêu thanh. Một khi được phóng thích, các phân tử phân tán ra, nguội đi và tự sắp xếp lại sao cho mỗi phân tử CO₂nằm tại chính giữa của một đám gồm tới 20 phân tử hydrogen.

Để kiểm tra sự siêu chảy, đội nghiên cứu đã chiếu một laser hồng ngoại vào các đám ở bước sóng mà CO₂, chứ không phải hydrogen, có khả năng hấp thụ. Xung laser này chỉ làm cho các phân tử CO₂ dao động. Dưới điều kiện bình thường, chuyển động này sẽ chậm đi do sự ma sát giữa các phân tử CO₂ đang chuyển động và hydrogen xung quanh. Nhưng các nhà nghiên cứu nhận thấy đối với các đám gồm 12 phân tử hydrogen, hydrogen không cản trở chuyển động của CO₂.

Họ kết luận rằng những đám hydrogen này 85% là ở trạng thái siêu chảy (Physical Review Letters, DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.133401).

Vì hydrogen là nguyên tố thứ hai duy nhất được biết tạo ra sự siêu chảy, nên McKellar nói thí nghiệm trên có thể hữu ích cho việc làm sáng tỏ các đặc điểm chung của sự siêu chảy.

Các phân tử siêu chảy còn có thể dùng làm “tủ lạnh nano”, thực thể bao xung quanh và làm lạnh từng phân tử protein. Các nguyên tử helium siêu chảy đã được sử dụng cho mục đích này nhưng, không giống như các nguyên tử, các phân tử có thể uốn cong và duỗi thẳng, mang lại những phương pháp mới để thao tác với các protein làm lạnh.

Nguồn: New Scientist