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
Các viên đường được sử dụng để tạo ra các điện cực y tế hoạt động tốt hơn
Mặc dù các điện cực y tế rất quan trọng đối với việc theo dõi hoạt động điện trong cơ thể, nhưng chúng thường cứng và đắt tiền, cộng với...
Dự luật khí hậu của Hoa Kỳ bao gồm các ưu đãi hydro xanh khổng lồ
Đạo luật Giảm lạm phát của Hoa Kỳ đã sẵn sàng để khởi động một cuộc cách mạng hydro toàn cầu. Trong số nhiều điều khoản tập trung vào khí...
Phương pháp điều trị mới cho nguyên nhân gốc rễ của bệnh hen suyễn có triển vọng trong các thử nghiệm trên chuột
Hen suyễn là một căn bệnh cực kỳ phổ biến thường được kiểm soát bằng cách điều trị các triệu chứng. Nhưng nghiên cứu mới cho thấy một cách tiềm...
Hợp kim 5 kim loại có thể in 3D chứng minh tính siêu bền nhưng dễ uốn
Với các kỹ thuật sản xuất mới mang đến cơ hội cho các hợp kim kim loại hoàn toàn mới với một loạt các đặc tính có thể có. Một...
PFAS "hóa chất vĩnh viễn" liên quan đến ung thư gan trong nghiên cứu đầu tiên của loại hình này
Nghiên cứu mới đã báo cáo mối liên hệ giữa việc tăng nồng độ perfluooctane sulfate (PFOS) trong máu và tăng nguy cơ ung thư gan. Nghiên cứu này là...
Influit chuyển sang thương mại hóa pin lỏng mật độ cực cao
Illinois Tech spinoff Influit Energy cho biết họ đang công khai thương mại hóa một loại nhiên liệu điện có thể sạc lại - một loại pin lỏng không cháy,...
Nghiên cứu cho thấy dơi "kết nối" làm việc cùng nhau để tìm thức ăn nhanh hơn
Khi chúng ta nghĩ về các loài động vật phối hợp cùng nhau để săn con mồi, chúng ta thường nghĩ đến những sinh vật như sói hoặc cá heo....
Tia phản lực "khổng lồ" bắn tia sáng kỷ lục lên không gian
Các nhà khoa học hiện đã mô tả chi tiết "tia sét khổng lồ" mạnh nhất từng được quan sát thấy, năng lượng phát ra tương đương với 60 tia...
MIT phát triển thử nghiệm nhanh tại nhà để đo khả năng miễn dịch COVID
Một thử nghiệm mới sáng tạo được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại MIT hứa hẹn cung cấp cho mọi người khả năng đo lường khả năng miễn...
Sự khác biệt về mặt sinh học khiến nam giới dễ bị ung thư hơn nữ giới
Trong nhiều thập kỷ, các bác sĩ đã liên tục nhận thấy nam giới dường như có nhiều khả năng mắc một loạt bệnh ung thư hơn so với phụ...
Cà phê pha lạnh chiết xuất bằng tia laser
Các nhà nghiên cứu ở Đức đã tạo ra một hệ thống chiết xuất chạy bằng laser có thể bơm ra cà phê lạnh nhanh hơn khoảng 300 lần so...
Bọt biển nano trên graphene giúp lọc nước thải công nghiệp hiệu quả
Các kỹ sư tại Đại học Vienna đã phát triển một loại vật liệu composite mới tạo ra một bộ lọc hiệu quả để loại bỏ các chất ô nhiễm...
Tai nghe EarHealth chẩn đoán chính xác một loạt các bệnh lý về tai
Một nhóm do các nhà nghiên cứu tại Đại học Buffalo dẫn đầu đã sử dụng tai nghe Bluetooth và hệ thống AI học sâu để chẩn đoán ba tình...
Nghiên cứu về gen nguy cơ mắc bệnh Alzheimer cho thấy cơ chế có khả năng đảo ngược
Các nhà khoa học của MIT đã phát hiện ra cơ chế về cách một yếu tố nguy cơ di truyền phổ biến đối với bệnh Alzheimer góp phần gây...
Cơ chế tác động kép được phát hiện làm cho ketamine ít gây nghiện hơn
Thuốc hướng thần tác dụng nhanh ketamine ngày càng được sử dụng nhiều như một loại thuốc gây mê, cũng như làm giảm nhanh chứng trầm cảm. Các nhà nghiên...



© 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
-->