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
Kỹ thuật chăm sóc cây vải sau thu hoạch
Cây vải sau khi thu hoạch quả xong, cành lá thường lởm chởm. Bà con cần dùng kéo cắt cành hoặc dao phát để tỉa những cành tăm, cành vượt...
Quy trình quản lý tổng hợp sinh vật gây hại chính trên nấm linh chi
Nấm linh chi là thảo dược quý đã được sử dụng từ hàng ngàn năm nay. Trong quá trình trồng nấm linh chi chúng ta sẽ gặp nhiều vấn đề,...
Kỹ thuật thu hái và bảo quản hoa cắt cành
Hoa là một sản phẩm đặc biệt, giá trị của hoa phụ thuộc nhiều vào thời kỳ thu hoạch hoa để bán. Yêu cầu lúc bán là lúc hoa tươi...
Một số lưu ý khi phối trộn thức ăn tinh cho vật nuôi
Trong thời gian qua, giá thức ăn chăn nuôi liên tục tăng khiến cho người chăn nuôi gặp rất nhiều khó khăn. Để tận dụng nguyên liệu sẵn có, phát...
Kỹ thuật nuôi ong mật
Nuôi ong lấy mật ngày nay rất phổ biến ở các vùng trên cả nước, con ong cho năng suất cao và mật ong bán rất được giá, các họ...
Kỹ thuật nuôi sò thương phẩm
Sò (sò lông, sò huyết) là động vật thân mềm vừa có giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế. Sò còn là đối tượng có khả năng cải...
Giải pháp ứng phó và khôi phục vườn trái cây ăn quả khi hạn hán, xâm nhập mặn
Xâm nhập mặn ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) đã xuất hiện sớm hơn so với mùa khô năm 2015-2016, ở mức độ gay gắt và sẽ tiếp tục...
Một số giải pháp giúp người chăn nuôi giảm thiệt hại do mưa lũ
Mưa lũ đã làm cho hàng vạn con gia súc gia cầm bị chết, hàng nghìn chuồng, trại chăn nuôi bị ngập úng, sập đổ gây ra thiệt hại vô...
Biện phát vệ sinh, phòng bệnh cho chim bồ câu
Khí hậu Việt Nam quanh năm nóng ẩm vừa là điều kiện có lợi và có hại. Lợi ích mang lại chính là nguồn thức ăn và nước uống cung...
Những lưu ý về kỹ thuật thụ tinh nhân tạo cho lợn nái
Từ rất lâu trước đây, để thụ tinh cho heo nái, người chăn nuôi thường sử dụng biện pháp phối giống tự nhiên giữa hai cá thể heo nái và...
Một số bệnh thường gặp ở cá lăng chấm
Cá lăng tuy lớn khỏe nhưng vẫn rất dễ mắc bệnh, đặc biệt khi thời tiết thay đổi. Cá có thể mắc các bệnh do virus, do vi khuẩn hoặc...
Bệnh do vi khuẩn trên cá nuôi lồng, bè và biện pháp phòng trị
Hiện nay tại một số địa phương ở miền bắc có ưu thế mặt nước các sông suối, đầm hồ như Hải Dương, Nam Định, Thái Bình, Hòa Bình, Phú...
Một số nguyên tắc trong nông nghiệp hữu cơ
Trong sản xuất nông nghiệp hữu cơ cần tuân theo các nguyên tắc và logic của thực thể sống bao gồm các yếu tố có mối liên hệ chặt chẽ...
Phát triển thành công băng dán vết thương kháng khuẩn
TS Ngô Võ Kế Thành, Trung tâm Nghiên cứu triển khai Khu Công nghệ cao TPHCM đã tạo ra băng dán vết thương kháng khuẩn tiện lợi từ vật liệu...
Phát minh mới: Kẹo cao su giúp đánh bay cơn thèm đồ ngọt ở trẻ em
Sweet Victory đang phát triển loại kẹo cao su có khả năng ngăn chặn cảm giác thèm ngọt bằng cách ngăn các thụ thể đường trên...



© 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
-->