Nhân vật tiêu biểu [ Đăng ngày (08/12/2021) ]
Pyotr Kapitsa: Người khám phá hiện tượng siêu lỏng
Năm 1937, nhà vật lý Pyotr Kapitsa đã khám phá ra hiện tượng siêu lỏng trong lúc nghiên cứu các tính chất đặc biệt của heli ở nhiệt độ thấp. Đây là trạng thái kỳ lạ khiến chất lỏng có độ nhớt bằng không và có khả năng chảy nhưng không bị mất đi động năng.

Khi heli-4 [một đồng vị bền của nguyên tố heli] được làm lạnh xuống nhiệt độ 2,2°K, nó bắt đầu hoạt động theo một số cách rất kỳ lạ. Chất lỏng này đi qua các ống hẹp mà gần như không tạo ra ma sát, thậm chí tự leo lên thành của bình chứa và tràn ra ngoài. Mặc dù các nhà khoa học đã chú ý đến hành vi kỳ lạ này của heli-4, nhưng phải mất 30 năm sau khi heli lần đầu tiên được hóa lỏng, người ta mới phát hiện ra tính siêu lỏng của nó.

Năm 1908, nhà vật lý Heike Kamerlingh Onnes hóa lỏng thành công khí heli tại Đại học Leiden ở Hà Lan. Ngay sau đó, các nhà khoa học đã nghiên cứu những tính chất đặc biệt của heli lỏng. Năm 1924, Onnes thực hiện các phép đo chính xác về tỷ trọng của heli lỏng. Ông nhận thấy khi nhiệt độ giảm xuống, tỷ trọng heli lỏng sẽ đạt cực đại ở khoảng 2,2°K.

Năm 1927, hai nhà khoa học Willem Keesom và Mieczyslaw Wolfke kết luận rằng heli lỏng trải qua quá trình chuyển pha tại nhiệt độ 2,2°K. Nhiệt độ này được gọi là điểm lambda vì đồ thị của nhiệt dung riêng trong mối tương quan với nhiệt độ giống chữ cái lambda (λ) trong tiếng Hy Lạp. Họ đặt tên cho hai pha của heli trong quá trình chuyển pha là heli I và heli II.

Mặc dù đây là những kết quả thú vị, nhưng chúng không quá đặc biệt đến mức bất kỳ ai cũng phải chú ý đến vào thời điểm đó. Mãi đến năm 1937, nhà vật lý Pyotr Kapitsa đã có một khám phá thực sự nổi bật, khi lần đầu tiên chứng minh heli II là một chất siêu lỏng. Ông công bố phát hiện của mình trên tạp chí Nature vào tháng 1/1938.

Kapitsa sinh ra tại Kronstadt, gần Leningrad (Nga) vào năm 1894. Ông là con trai của một kỹ sư làm việc cho quân đội. Ông theo học ngành kỹ thuật tại Học viện Bách khoa Petrograd. Sau khi tốt nghiệp vào năm 1918, ông trở thành giảng viên ở ngôi trường này và bắt đầu tiến hành một số nghiên cứu về từ trường.

Sau khi người vợ đầu tiên và hai đứa con nhỏ qua đời vì dịch cúm năm 1921, Kapitsa chuyển đến Đại học Cambridge (Anh) để làm việc với nhà khoa học Ernest Rutherford tại Phòng thí nghiệm Cavendish. Ban đầu, Kapitsa tập trung vào nghiên cứu các phương pháp để tạo ra từ trường cực mạnh. Sau đó vài năm, ông chuyển sang nghiên cứu nhiệt độ thấp. Năm 1934, ông đã phát triển một phương pháp mới để hóa lỏng một lượng lớn heli, mở đường cho một loạt các thí nghiệm tiếp theo với chất lỏng kỳ lạ này.

Cũng trong năm 1934, Kapitsa quay trở về Liên Xô trong một chuyến thăm và dự định quay lại Đại học Cambridge. Nhưng vì những lý do không rõ ràng, ông đã bị ngăn cản và tịch thu hộ chiếu theo lệnh của Stalin. Khi biết thông tin này, Rutherford đã cố gắng giúp đỡ Kapitsa, đồng thời gửi cho ông các thiết bị từ phòng thí nghiệm của Đại học Cambridge. Sau đó, Kapitsa đã thành lập một cơ sở nghiên cứu mới ở Moscow với tên gọi Viện Các vấn đề Vật lý.

Năm 1937, trong lúc nghiên cứu tính chất dẫn nhiệt của heli lỏng, Kapitsa đã đo lưu lượng của dòng chảy khi heli lỏng di chuyển qua một khe hẹp. Kết quả mà ông thu được thật sự đáng kinh ngạc.

“Ở phía trên điểm nhiệt độ lambda, dòng chảy của heli lỏng rất hạn chế. Nhưng ở dưới điểm nhiệt độ lambda, chất lỏng chảy dễ dàng đến mức gần như không tạo ra ma sát”, Kapitsa mô tả hiện tượng thí nghiệm trong bài báo được công bố trên tạp chí Nature vào năm 1938 với tựa đề “Heli bên dưới điểm lambda chuyển sang một trạng thái đặc biệt có thể gọi là siêu lỏng”.

Cùng lúc đó, John F. Allen và Donald Misener tại Đại học Toronto (Canada) đã thực hiện các thí nghiệm tương tự về heli lỏng. Nhóm nghiên cứu đo lưu lượng của chất lỏng này khi chảy qua một ống thủy tinh hẹp và nhận thấy nó có độ nhớt cực thấp. Ngoài ra, dòng chảy gần như không phụ thuộc vào áp suất. Bài báo của họ về hiện tượng siêu lỏng được công bố trên tạp chí Nature ngay sau bài báo của Kapitsa.

Hiện nay, các nhà vật lý cho rằng heli II có thể được mô tả như một hỗn hợp gồm hai chất lỏng – một phần là chất lỏng bình thường và một phần là chất siêu lỏng, trong đó các nguyên tử đã ngưng tụ thành một trạng thái lượng tử duy nhất. Mô hình hai chất lỏng này có thể giải thích các kết quả thí nghiệm của Kapitsa, Allen và Misener.

Sau khi khám phá hiện tượng siêu lỏng, Kapitsa tiếp tục nghiên cứu vật lý nhiệt độ thấp trong vài năm tiếp theo. Trong cuộc Chiến tranh Thế giới lần thứ hai, ông đã chế tạo thiết bị sản xuất một lượng lớn oxy lỏng cho ngành công nghiệp thép của Liên Xô.

Vào thập niên 1940, ông chuyển hướng sự chú ý của mình sang lĩnh vực vật lý plasma và phản ứng nhiệt hạch. Năm 1946, ông từ chối tham gia dự án chế tạo bom nguyên tử của Liên Xô nên Stalin cảm thấy không hài lòng. Ông bị loại ra khỏi vị trí lãnh đạo của Viện Các vấn đề Vật lý và không được phục hồi chức vụ cho đến khi Stalin qua đời.

Ba mươi năm sau khi phát hiện ra chất siêu lỏng, Kapitsa đã được trao giải Nobel Vật lý cho công trình nghiên cứu về nhiệt độ thấp của mình. Ông chia sẻ giải thưởng này vào năm 1978 cùng với Arno Penzias và Robert Wilson, những người đoạt giải Nobel Vật lý nhờ phát hiện ra bức xạ phông vi sóng vũ trụ, hay bức xạ nền vũ trụ (CMB).

Mặc dù hai nhà khoa học Allen, Misener về cơ bản có cùng khám phá với Kapitsa, nhưng họ không được trao giải Nobel. Và cho đến nay, cộng đồng khoa học vẫn ghi nhận Kapitsa là người đầu tiên phát hiện ra hiện tượng siêu lỏng.

Công trình nghiên cứu về heli lỏng của Kapitsa và sự hiểu biết về các đặc tính kỳ lạ của trạng thái siêu lỏng là nền tảng cơ bản cho lĩnh vực vật lý nhiệt độ thấp. Hiện tại, đây vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu thú vị khi ngày càng có nhiều trạng thái nhiệt độ thấp kỳ lạ tiếp tục được tạo ra.

Quốc Lê (Theo APS Physics)
Theo https://khoahocphattrien.vn (ntptuong)
In bài viết  
Bookmark
Ý kiến của bạn

Tin mới
Nghiên cứu chế tạo nano selen ổn định trong β-glucan tan nước bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60
Nghiên cứu do tác giả Nguyễn Thị Dung -Trung tâm Công nghệ Sinh học TP Hồ Chí Minh; Khoa Khoa học Sinh học, Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ...
Thành phần, phân bố các loài ve sầu họ Cicadidae (Hemiptera: Auchenorrhyncha) ở khu vực Tây Bắc Việt Nam
Nghiên cứu do các tác giả Lưu Hoàng Yến, Bùi Thu Quỳnh - Bảo tàng Tài nguyên rừng Việt Nam, Viện Điều tra Quy hoạch rừng (FIPI), Phạm Hồng Thái...
Xử lý methylene blue bằng zeolite NaX với silica có nguồn gốc từ tro trấu
Nghiên cứu do các tác giả Trần Nguyễn Phương Lan, Lý Kim Phụng, Lương Huỳnh Vũ Thanh, Trần Thị Bích Quyên - Trường Đại học Cần Thơ, tác giả Nguyễn...
Thuốc tạo ra các tế bào gốc có thể phát triển các sinh vật từ giai đoạn đầu
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Thanh Hoa, Trung Quốc đã phát triển một loại thuốc l mới có thể chuyển đổi tế bào thành tế bào gốc toàn...
Mạch lượng tử quy mô nguyên tử đánh dấu bước đột phá lớn của máy tính lượng tử
Các kỹ sư ở Sydney đã chứng minh một mạch tích hợp lượng tử chỉ được tạo thành từ một vài nguyên tử. Bằng cách kiểm soát chính xác trạng...
Pin sinh học vi khuẩn ba lớp sản xuất điện trong nhiều tuần
Đa dạng hóa các nguồn năng lượng của chúng ta là một phần quan trọng trong việc giảm sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu hóa thạch và...
Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly Triterpenoid từ nấm linh chi bằng phương pháp enzyme có hỗ trợ siêu âm
Triterpenoid trong nấm linh chi được biết đến với những hoạt tính sinh học nổi bật như kháng oxy hóa, kháng khuẩn, ức chế tế bào ung thư và kháng...
Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy nhiệt tính chất quang của dung dịch hạt cacbon nano được chế tạo từ hạt đậu xanh
Nghiên cứu do tác giả Ngô Khoa Quang - Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế thực hiện nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ thủy nhiệt tính...
Phân bố và quan hệ không gian của các loài cây gỗ trong rừng lá rộng thường xanh ở Vườn Quốc gia Kon Ka Kinh, tỉnh Gia Lai
Nghiên cứu này được thực hiện để làm sáng tỏ cơ chế cùng chung sống của các loài cây gỗ rừng lá rộng thường xanh tại Vườn Quốc gia Kon...
Công cụ chỉnh sửa gen mới giảm lỗi bằng cách cắt DNA không cắt
Công cụ chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 cũng quan trọng như vậy, nó có tỷ lệ lỗi tương đối cao, có thể tạo ra các đột biến có hại tiềm tàng....
Tình hình nhiễm virus gây bệnh Marek trên gà thả vườn ở thành phố Cần Thơ
Nghiên cứu do nhóm tác giả Huỳnh Ngọc Trang, Hồ Thị Việt Thu - Khoa Nông Nghiêp, Trường Đại học Cần Thơ thực...
Hiệu quả của chế phẩm vi sinh NPISi lên sinh trưởng, năng suất hành lá và một số đặc tính đất phù sa ở điều kiện nhà lưới
Nghiên cứu do nhóm tác giả Nguyễn Khởi Nghĩa, Huỳnh Hiếu Hạnh, Đặng Thị Yến Nhung, Nguyễn Thị Kiều Oanh, Lê Thị Xã thuộc Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học...
Ảnh hưởng của boric acid lên sự nảy mầm của hạt phấn và khả năng đậu trái của một số giống dừa tại tỉnh Trà Vinh
Nghiên cứu do tác giả Phạm Thị Phương Thúy - Khoa Nông nghiệp Thủy sản, Trường Đại học Trà Vinh thực...
Đánh giá khả năng ứng dụng ảnh viễn thám radar trong giám sát sụt lún mặt đất tại thành phố Cần Thơ từ năm 2015 đến năm 2020
Sụt lún đất đã và đang diễn ra nhiều nơi tại đồng bằng sông Cửu Long, do sự kết hợp của các yếu tố tự nhiên và con người. Sự...
Đa dạng nguồn tài nguyên cây thuốc ở Cù Lao Dung, tỉnh Sóc Trăng
Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá thực trạng đa dạng nguồn tài nguyên cây làm thuốc ở Cù Lao Dung tỉnh Sóc Trăng, từ đó làm cơ sở...



© Copyright 2020 Trung tâm Thông tin Khoa học và Công nghệ - Sở Khoa học & Công nghệ TP. Cần Thơ
Địa chỉ: 118/3 Trần Phú - Phường Cái Khế - Quận Ninh Kiều - thành phố Cần Thơ
Giấy phép số: 05/ GP-TTĐT, do Sở Thông tin và Truyền Thông thành phố Cần Thơ cấp ngày 23/5/2017
Trưởng Ban biên tập: Ông Vũ Minh Hải - Giám Đốc Trung tâm Thông tin Khoa học và Công nghệ - Sở Khoa học & Công nghệ TP. Cần Thơ
Ghi rõ nguồn www.trithuckhoahoc.vn khi bạn sử dụng lại thông tin từ website này
-->