Nghiên cứu về sóng hấp dẫn đoạt giải Nobel Vật lý 2017

Hình vẽ chân dung ba nhà khoa học đoạt giải Nobel Vật lý 2017. Ảnh: Guardian.

Ba nhà vật lý người Mỹ Rainer Weiss, Barry C. Barish và Kip S. Thorne giành giải Nobel Vật lý 2017 nhờ phát hiện về sóng hấp dẫn, những gợn sóng trong trường không gian - thời gian được Albert Einstein tiên đoán lần đầu tiên cách đây một thế kỷ, theo Guardian.

Rainer Weiss được trao một nửa số tiền thưởng trị giá khoảng 1,1 triệu USD do Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển công bố tại Stockholm hôm nay. Nửa số tiền còn lại thuộc về Kip Thorne và Barry Barish.

Cả ba nhà khoa học giữ vai trò chỉ đạo trong thí nghiệm ở Đài quan trắc sóng hấp dẫn bằng giao thoa kế laser (LIGO), nơi lần đầu tiên trong lịch sử quan sát được sóng hấp dẫn vào tháng 9/2015.

LIGO là một hệ thống gồm hai máy phát giống hệt nhau, nằm ở Livingston, Louisiana và Hanford, Washington. Chúng được xây dựng cẩn thận để phát hiện những rung động siêu nhỏ từ sóng hấp dẫn lan truyền. Dự án do các nhà khoa học từ Viện Công nghệ California (Caltech) và Viện Công nghệ Massachusette (MIT) thành lập và hoạt động nhờ nguồn quỹ từ Hiệp hội Khoa học Mỹ.

Weiss, giáo sư vật lý danh dự ở Viện Công nghệ Massachusetts, là người theo chủ nghĩa thực nghiệm và đóng góp một phần lớn vào quá trình lập khái niệm, thiết kế, gây quỹ và xây dựng đài LIGO.

Kip Thorne, giáo sư vật lý lý thuyết ở Viện Công nghệ California, là nhà lý thuyết học có những dự đoán quan trọng về hình dạng sóng hấp dẫn và cách nhận biết tín hiệu trong số dữ liệu thu thập.

Barry Barish, nhà vật lý hạt từng công tác ở Viện Công nghệ California, là người có công lớn biến thí nghiệm thành hiện thực. Khi ông đảm nhận vị trí giám đốc thứ hai ở LIGO năm 1994, dự án có nguy cơ bị dừng lại. Barish đã góp phần lật ngược tình thế, chứng kiến công trình được xây dựng năm 1999 và những phép đo đầu tiên được tiến hành ba năm sau.

Phát hiện về sóng hấp dẫn là kết quả hợp tác giữa các nhà khoa học thực nghiệm, những người chế tạo nên một trong những cỗ máy nhạy nhất hành tinh và các nhà lý thuyết học đã dự đoán tín hiệu từ hai hố đen va chạm thực sự trông như thế nào.

Trước lễ công bố giải thưởng, bộ ba nhà nghiên cứu được dự đoán là những người có khả năng giành chiến thắng và hội đồng trao giải rất có thể lựa chọn một phát hiện thu hút trí tưởng tượng của đông đảo công chúng. Phát hiện về sóng hấp dẫn được công bố đầu năm 2016, đánh dấu bước đột phá sau một thế kỷ suy đoán và 25 năm phát triển loạt thiết bị đủ tinh nhạy để nhận biết sự biến dạng chỉ bằng 1/1.000 đường kính hạt nhân nguyên tử dọc theo chiều dài 4 km của tia laser.

Mô phỏng hai hố đen xoay chuyển và tạo ra các sóng hấp dẫn. Ảnh: Extrem Tech.

Hiện tượng được phát hiện là sự va chạm của hai hố đen. Sử dụng máy phát hiện tinh vi nhất thế giới, các nhà khoa học "lắng nghe" khoảnh khắc hai hố đen xoay tròn quanh nhau trong 0,02 giây. Một hố đen có khối lượng lớn gấp 35 lần Mặt Trời trong khi hố đen còn lại nhỏ hơn đôi chút.

Khi bắt đầu có tín hiệu, các tính toán giúp nhóm nghiên cứu nhận thấy quá trình diệt vong của hai thiên thể. Chúng bắt đầu xoay quanh nhau 30 lần/giây. Cuối luồng truyền dữ liệu kéo dài 20 mili giây, chúng tăng tốc lên 250 lần/giây trước vụ va chạm cuối cùng và sáp nhập.

Sóng hấp dẫn sinh ra từ những sự xáo động trong cấu trúc không gian - thời gian khi một vật thể khối lượng lớn, như hố đen hoặc sao neutron, di chuyển.

Theo lý thuyết của Einstein, sóng hấp dẫn xuất hiện như những gợn sóng lăn tăn khi một hòn đá rơi xuống ao hoặc giống một tấm lưới bị chùng xuống bởi trọng lượng của một vật nặng. Ở đây, tấm lưới biểu thị sự uốn cong của không gian - thời gian trong vũ trụ.

Giải thưởng năm ngoái được trao cho ba nhà vật lý học người Anh với công trình nghiên cứu trạng thái lạ của vật chất có thể mở đường cho máy tính lượng tử và nhiều công nghệ mang tính cách mạng khác.

Thắng Trần