• No products in the cart.

  • LOGIN

Giải nobel vật lý 1964

Giải nobel vật lý 1964

Charles Hard Townes (1915-),

Nicolay Gennadiyevich Basov (1922-2001)

Và aleksandr Mikhailovich Prokhorov (1916-2002)

Giải Nobel Vật lý năm 1964 được trao cho công dân Mỹ Charles Hard Townes tại Viện Công nghệ Massachusetts MIT (Cambridge, MA, Mỹ) và hai công dân Liên Xô cũ Nicolay Gennadiyevich Basov và Aleksandr Mikhailovich Prokhorov đều ở Viện Vật lý mang tên Lebedev thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô (Moscow, Liên Xô cũ) “do nghiên cứu cơ bản của họ trong lĩnh vực điện tử lượng tử mà nó dẫn đến việc xây dựng các bộ dao động và các bộ khuếch đại trên cơ sở nguyên lý maze và laze”.

C. H. Townes sinh ngày 28 tháng 7 năm 1915 tại Greenville (Nam Carolina, Mỹ). Ông là con trai của Henry Keith Townes – một luật sư và Ellen (Hard) Townes. Townes học tại các trường công và Đại học Furman đều ở Greenville. ở đây, ông thực hiện đầy đủ các đòi hỏi của bằng cử nhân khoa học ngành vật lý và bằng chử nhân khoa học xã hội và nhân văn ngành ngôn ngữ hiện đại. Ông tốt nghiệp đại học năm 1935 lúc 19 tuổi. Ông thích vật lý từ khi học giáo trình vật lý đầu tiên ở năm học thứ hai do “cấu trúc hợp lý đẹp đẽ” của nó. Ông cũng quan tâm đến lịch sử tự nhiên trong lúc học ở Đại học Furman khi làm người phụ trách phòng trưng bày nghệ thuật của viện bảo tàng và làm người sưu tập cho trại sinh vật của trường vào những dịp nghỉ hè. Hơn nữa, ông còn bận bịu với các hoạt động khác như tham gia vào đội bơi, đội bóng đá và ban biên tập tờ báo của trường.

Townes nhận bằng thạc sĩ vật lý tại Đại học Duke năm 1936 và bằng tiến sĩ chuyên ngành vật lý tại Viện Công nghệ California năm 1939 với đề tài luận án về sự tách đồng vị và các spin hạt nhân.

Từ năm 1933 đến năm 1947 Townes làm việc tại Phòng thí nghiệm Điện thoại Bell (Bell Lab). Trong chiến tranh thế giới lần thứ II, ông nghiên cứu thiết kế các hệ thống ném bom bằng rađa và có một số sáng chế trong công nghệ có liên quan. Từ đó, ông quan tâm đến việc áp dụng kỹ thuật vi sóng của nghiên cứu rađa trong thời gian chiến tranh vào quang phổ mà ông dự đoán nó là công cụ mới mạnh trong nghiên cứu cấu trúc nguyên tử và phân tử và cơ sở mới tiềm tàng cho việc điều khiển các sóng điện từ.

Năm 1948 Townes đến làm việc tại Đại học Columbia. Tại đây, ông tiếp tục nghiên cứu vật lý vi sóng trong đó đặc biệt quan tâm đến tương tác giữa vi sóng và phân tử và sử dụng phổ vi sóng để nghiên cứu cấu trúc của các phân tử, nguyên tử và hạt nhân. Năm 1951 Townes nghĩ ra ý tưởng maze và một vài tháng sau đó ông và các cộng sự bắt đầu nghiên cứu về một thiết bị dùng khí ammoniac làm môi trường hoạt tính. Đầu năm 1954 nhóm của ông thu được sự khuếch đại và phát sinh đầu tiên của các sóng điện từ bằng sụ phát xạ kích thích. Townes và các học trò của ông đặt tên cho thiết bị này là “maze (maser)”. Nó là ký hiệu chữ đầu của “microwave amplification by stimulated emission of radiation” nghĩa là “sự khuếch đại vi sóng bởi sự phát bức xạ kích thích”. Năm 1958 Townes và A. L. Schavlow (ông này về sau làm việc tại Đại học Stanford) đã chứng minh bằng lý thuyết rằng các maze có thể được tạo ra để điều khiển trong vùng quang và hồng ngoại và đề xuất cách để điều này có thể đưoựec thực hiện trong các hệ riêng. Công trình này dẫn đến bài báo chung của họ về các maze quang và hồng ngoại hay là các laze (laser). Laze là ký hiệu chữ đầu của “light amplification by stimulated emission of radiation” nghĩa là “sự khuếch đại ánh sáng bởi sự phát bức xạ kích thích”. Townes còn có các nghiên cứu khác trong các lĩnh vực thiên văn vô tuyến và quang phi tuyến.

Townes làm việc tại Đại học Columbia với chức danh là phó giáo sư vật lý vào năm 1948 và giáo sư vật lý từ năm 1950. Ông là giám đốc điều hành của Phòng thí nghiệm Phóng xạ Columbia từ năm 1950 đến năm 1952 và trưởng Khoa Vật lý từ năm 1952 đến măm 1955.

Từ năm 1959 đến năm 1961 ông rời khỏi Đại học Columbia để đảm nhiệm vị trí phó chủ tịch và giám đốc nghiên cứu của Viện Các phân tích quốc phòng tại Washington D. C. – một tổ chức phi lợi nhuận của 11 trường đại học.

Năm 1961 Townes được bổ nhiệm làm phó chủ tịch viện (provost) và giáo sư vật lý của Viện Công nghệ Massachusetts MIT. Là phó chủ tịch viện ông chia sẻ với chủ tịch viện trách nhiệm giám sát các chương trình đào tạo và nghiên cứu của viện. Năm 1966 ông trở thành giáo sư viện tại MIT và sau đó cùng năm ông từ chối vị trí phó chủ tịch viện để quay trở lại nghiên cứu mạnh hơn đặc biệt là trong các lĩnh vực điện tử lượng tử và thiên văn học. Ông được bổ nhiệm giáo sư đại học tại Đại học California năm 1967. ở vị trí này, ông tham gia vào giảng dạy, nghiên cứu và các hoạt động khác của trường đại học.

Trong những năm 1955 và 1956, Townes giảng dạy tại Đại học Paris và Đại học Tokyo. Ông còn giảng dạy tại Sigma XI, Đại học Michigan (trong các dịp hè), Trường Vật lý Quốc tế Enrrico Fermi ở Italia (làm giám đốc của một tiểu ban về ánh sáng kết hợp năm 1963) và Đại học Toronto (mùa thu năm 1963).

Tiến sĩ Townes là thành viên của các hội đồng khoa học tham vấn cho các cơ quan chính phủ và tích cực tham gia vào các hoạt động nghề nghiệp.

Năm 1941 Townes cưới vợ là Frances H. Brown. Vợ chồng ông sóng ở Berkeley (California) và có bốn con gái là Linda Rosenwein, Ellen Anderson, Carla Lumsden và Holly.

N, G, Basov sinh ngày 14 tháng 12 năm1922 tạ một thị trấn nhỏ tên là Usman gần Voronezh. Ông là con trai của Gennady Fedorovich Basov và Zinaida Andreevna Molchanova. Cha ông là một giáo sư của Viện Lâm nghiệp Voronezh và dành cả đời mình nghiên cứu về ảnh hưởng của các vành đai rừng lên nước ngầm và sự thoát nước bề mặt.

Sau khi tốt nghiệp trung học phổ thông năm 1941 ở Voronezh, Basov thực hiện nghĩa vụ quân sự và đến làm việc tại Học viện Y học quân sự Kulbyshev. Năm 1943 ông rời khỏi học viện với chức danh trợ lý bác sỹ quân y. Ông tham gia quân đội Xô Viết trong chiến tranh thế giới lần thứ II và chiến đấu trong vùng mặt trận Ukran thứ nhất. Tháng 12 năm 1945 Basov giải ngũ và vào học Viện Kỹ sư vật lý. ở đó ông học vật lý lý thuyết và thực nghiệm.

Từ năm 1950 đến năm 1953 ông là nghiên cứu cứu sinh của Viện Kỹ sư vật lý Moscow. Khi đó Basov nghiên cứu đề tài luận án của mình tại Viện Vật lý P. N. Lebedev thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô dưới sự hướng dẫn của giáo sư M. A. Leontovich và giáo sư A. M. Prochorov.

Năm 1950 Basov bát đầu làm việc cho Viện Vật lý P. N. Lebedev và ở đó ông đã làm phó giám đốc Viện và trưởng Phòng thí nghiệm Vật lý thiên văn lượng tử. Ông cũng là một giáo sư Phòng Vật lý chất rắn tại Viện Kỹ sư vật lý Moscow.

Năm 1952 Basov bắt đầu làm việc trong lĩnh vực vật lý thiên văn lượng tử. Ông đã có nhiều cố gắng (lúc đầu là lý thuyết và sau đó là thực nghiệm) nhằm thiết kế và xây dựng các bộ dao động (cùng với A. M. Prokhorov). Năm 1956 ông bảo vệ luận án tiến sĩ của mình về dề tài “Một bộ dao động phân tử”. Luận án này đã tóm tắt các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về việc tạo ra một bộ dao động phân tử có sử dụng đến một chùm ammoniac.

Năm 1955 Basov tổ chức một nhóm nghiên cứu sự ổn định tần số của các bộ dao động phân tử. Cùng với các học trò và cộng sự của mình là A. N. Oraevsky, V. V. Nikitin, G. M. Strakhovsky, V. S. Zuev và những người khác, Basov nghiên cứu sự phụ thuộc của tần số bộ dao động vào các thông số khác nhau đối với một loạt vạch phổ ammoniac, đề xuất các phương pháp làm tăng sự ổn định tần số bằng cách làm chậm các phân tử lại, đề xuất các phương pháp sinh ra các phân tử chậm, nghiên cứu điều khiển các bộ dao động với các bộ cộng hưởng nối tiếp, thực hiện làm ổn định pha của tần số klystron nhờ các bộ dao động phân tử và thiết kế một bộ dao động có sử dụng đến một chùm ammoniac đơteri. Trong kết quả của các nghiên cứu này, các bộ dao động với sự ổn định tần số là 10-11 đã được thực hiện năm 1962.

Năm 1957 Basov bát đầu nghiên cứu thiết kế và xây dựng các bộ dao động lượng tử trong phạm vi quang học. Một nhóm các nhà lý thuyết bắt đầu nghiên cứu các khả năng thực hiện các bộ dao động lượng tử bằng các chất bán dẫn và sau đề nghị của A. Javan khả năng thực hiện của họ trong môi trường khí cũng đã được xem xét. Năm 1958 Basov cùng với B. M. Vui và Yu. M. Popov nghiên cứu các điều kiện phát sinh các trạng thái với nhiệt độ âm trong các chất bán dẫn và đề nghị sử dụng một sự đánh thủng xung (pulse breakdown) cho mục đích đó. Năm 1961 Basov cùng với O. N. Krokhin và Yu. M. Popov đề xuất ba phương pháp khác nhau để thu được một trạng thái nhiệt độ âm trong các chất bán dãan khi có mặt những sự chuyển trực tiếp và gián tiếp (sự kích thích quang, việc sử dụng một chùm điện tử nhanh và việc bơm các hạt tải qua một chuyển tiếp p – n suy biến).

Nhờ sự hợp tác với B. M. Vul và các cộng sự, Basov đã chế tạo ra các laze bán dẫn bơm có sử dụng đến các tinh thể GaAs vào đầu năm 1963.

Basov đã chế tạo ra các laze bán dẫn với sự kích thích điện tử vào năm 1964 (cùng với O. V. Bogdankevich và A. N. Devyatkov) và các laze với kích thích quang sau đó một thời gian ngắn (cùng với A. Z. Grasiuk và V. A. Katulin). Nhờ các thành tựu này, một nhóm các nhà khoa học của Viện Vật lý Lebedev đã được trao tặng Giải thưởng Lenin năm 1964.

Bắt đầu từ năm 1961 Basov cùng với V. S. Zuev, P. G. Krinkov, V. S. Letokhov và những người khác thực hiện nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trong lĩnh vực của các laze mạnh. Họ đã tìm ra các phương pháp nhằm thu được các xung laze ngắn mạnh. Họ đã nghiên cứu bản chất của sự xuất hiện các xung như thế trong các bộ dao động lượng tử và sự lan truyền của chúng trong các bộ khuếch đại lượng tử. Công trình này dẫn đến sự phát triển của các laze thủy tinh Nd xung đơn có công suất cao với năng lượng 30 J và độ dài xung 2.10-11 giây (năm 1968 cùng với P. G. Krinkov, Yu. V. Senatsky và những người khác) và các laze đa kênh với năng lượng 103 J trong vòng 10-9 giây (năm 1971 cùng với G. V. Sklizkov và những người khác).

Năm 1962 Basov và O. N. Krokhin nghiên cứu khả năng sử dụng bức xạ laze để thu được các plasma nhiệt hạch. Năm 1968 Basov và các cộng sự (P. G. Kriukov, Yu. V. Senatsky, S. D. Zakharov) lần đầu tiên đã thành công trong việc quan sát sự phát neutron trong các plasma đơteri do laze sinh ra. Basov cùng với O. N. Krokhin, S. L. Mandelshtam, G. V. Sklizkov quan sát thấy phổ của các ion nhiều điện tích là CaXVI, FeXXIII, K XIX và các ion khác. Basov cùng với V. S. Letokhov đã phát triển một lý thuyết đối với sự tạo thành xung pico giây. Cùng năm Basov và cộng sự là A. N. Oraevsky đề xuất một phương pháp kích thích laze nhiệt. Các nghiên cứu lý thuyết tiếp tục của phương pháp này do Basov, A. N. Oraevsky và V. A. Sheglov tiến hành đã tạo điều kiện chọư phát triển của các laze khí động lực.

Năm 1963 Basov và các cộng sự (V. V. Nikitin, Yu.M. Popov, V. N. Morozov) bắt đầu nghiên cứu trong lĩnh vực quang điện tử. Năm 1967 họ đã phát triển mọt số các phần tử logic điều khiển nhanh trên cơ sở các laze điôt. Hiện tại, một cấu trúc logic của các hệ quang điện tử đa kênh tạo ra 1010 điều khiển trong một giây đối với việc xử lý dữ liệu quang đang được phát triển.

Các nghiên cứu về sự bức xạ của các khí hiếm đặc dưới tác động của một chùm điện tử mạnh đã được bắt đầu từ năm 1966 bởi Basov và các cộng sự (V. A. Danilychev, Yu. M. Popov) và năm 1970 lần đầu tiên họ đã thu được sự phát laze trong cực tím chân không.

Năm 1968 Basov cùng với O. V. Bogdankevich và A. S. Nasibov đề xuất một tivi chiếu laze. Gần cùng năm Basov cùng với V. V. Nikitin bắt đầu các nghiên cứu chuẩn tần số trong vùng quang (trên cơ sở các laze khí). Năm 1970 họ đã thành công trong việc thực hiện một laze khí ổn định ở vạch hấp thụ metan với sự ổn định tần số là 10-11.

Năm 1969 Basov cùng với E. M. Belenov và V. V. Nikitin đưa ra giả thuyết cho rằng để thu được chuẩn tần số với sự ổn định là 10-12 – 10-13 có thể dùng một laze vòng với một tế bào hấp thụ phi tuyến.

Basov đã có một đóng góp quan trọng trong lĩnh vực laze hóa học. Năm 1970 dưới sự chỉ đạo của ông người ta đã chế tạo một laze hóa học đầu tiên mà nó hoạt động trên hỗn hợp của đơteri, F và CO2 tại áp suất khí quyển. Cùng năm Basov cùng với E. M. Belenov, V. A. Danilychev và A. F. Suchkov đề xuất và phát triển phương pháp thực nghiệm gọi là sự bơm điện của các khí nén ion hóa (elion) đối với sự kích thích laze khí. Khi sử dụng phương pháp này đối với hỗn hợp của CO2 và N2 bị nén đến 25 atm, họ đã đạt được một sự tăng công suất mạnh của một đơn vị thể tích laze khí so với các laze CO2 áp suất thấp điển hình.

Cuối năm 1970 Basov cùng với E. P. Markin, A. N. Oraevsky và A. V. Pankratov đã đưa ra chứng cớ thực nghiệm về sự kích thích phản ứng hóa học bởi bức xạ laze hồng ngoại.

Năm 1959 Basov cùng với A. M. Prochorov được trao Giải thưởng Lenin do nghiên cứu dẫn đến việc phát hiện ra các bộ dao động phân tử và các bộ khuếch đại thuận từ. Năm 1962 Basov được bầu làm viện sĩ thông tấn Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô. Năm 1966 ông là viện sĩ của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô và năm 1967 ông là thành viên đoàn chủ tịch của Viện Hàn lâm  Khoa học Liên Xô và viện sĩ nước ngoài của Viện Hàn lâm Khoa học Đức. Năm 1971 ông là viện sĩ nước ngoài của Viện Hàn lâm Đức “Leopoldina”.

Basov là chủ bút của các tạp chí khoa học Xô Viết “Tự nhiên (Priroda)” và “Điện tử lượng tử (Kvantovây Elektornika)”. Ông còn tham gia ban biên tập của tạp chí “Il Nuovo Cimento)”.

Năm 1970 Báovv được trao tặng danh hiệu Anh hùng Lao động Xã hội chủ nghĩa. Ông là thành viên Hội đồng bảo vệ hòa bình của Liên Xô và thành viên ủy ban hòa bình thế giới.

Năm 1950 Basov cưới vợ là Ksenia Tikhônvna Basova. Vợ ông cũng là một nhà vật lý làm việc tại Phòng vật lý đại cương của Viện Kỹ sư vật lý Moscow. Vợ chồng ông có hai con trai là Gennady (sinh năm 1954) và Dmitry (sinh năm 1963).

A. M. Prokhorov sinh ngày 11 tháng 7 năm 1916 tại Ôxtrâylia. Sau Cách mạng Tháng Mười, năm1923 ông cùng với cha mẹ mình đến Liên Xô.

Năm 1934 Prokhorov vào học Khoa vật lý của Đại học Quốc gia Leningrad. Ông tham dự vào các bài giảng của giáo sư V. A. Fock (cơ học lượng tử, lý thuyết tương đối), giáo sư S. E. Frish (vật lý đại cương, quang phổ) và giáo sư E. K. Gross (vật lý phân tử). Sau khi tốt nghiệp đại học năm 1939, ông trở thành nghiên cứu sinh của Viện Vật lý P. N. Lebedev ở Moscow. Ông nghiên cứu tại phòng thí nghiệm về các dao động do viện sĩ N. D. Papaleksi lãnh đạo. ở đó, ông bắt đầu nghiên cứu các vấn đề về sự lan truyền sóng vô tuyến. Tháng 6 năm 1941 ông tham gia Hồng quân Liên Xô chiến đấu trong chiến tranh thế giới lần thứ II và bị thương hai lần. Sau khi bị thương lần thứ hai vào năm 1944, Prokhorov giải ngũ và quay trở lại phòng thí nghiệm về các dao động của Viện Vật lý Lebedev. ở đó, ông bắt đầu nghiên cứu các dao động phi tuyến dưới sự hướng dẫn của giáo sư S. M. Rytov.

Năm 1946 ông bảo vệ luận án của mình với đề tài về “Lý thuyết ổn định tần số của một bộ dao động ống trong lý thuyết về một thông số nhỏ”.

Bắt đầu từ năm 1947 theo gợi ý của viện sĩ V. I. Veksler, Prokhorov tiến hành nghiên cứu về bức xạ kết hợp của các điện tử trong xyclotron trong vùng của các sóng xentimet. Nhờ các nghiên cứu này, ông viết và bảo vệ luận án tiến sĩ của mình vào năm 1951 với đề tài về “Bức xạ kết hợp của các điện tử trong máy gia tốc xyclotron”.

Sau khi viện sĩ I. D. Papaleksi qua đời năm 1946, phòng thí nghiệm về các dao động do viện sĩ M. A. Leontovich lãnh đạo. Từ năm 1950 Prokhorov làm trợ lý chính của phòng thí nghiệm và ông bắt đầu nghiên cứu ở phạm vi rộng về quang phổ vô tuyến. Sau đó một thời gian ngắn, ông nghiên cứu điện tử lượng tử. Prokhorov tổ chức một nhóm của các nhà khoa học trẻ quan tâm đến các vấn đề này.

Năm 1954 khi viện sĩ M. A. Leontovich bát đầu làm việc tại Viện Năng lượng nguyên tử, Prokhorov trở thành trưởng phòng thí nghiệm về các dao động. Năm 1959 phòng thí nghiệm thiên văn vô tuyến do giáo sư V. V. Vitkevitch đứng đầu được tổ chức từ một trong các phòng của phòng thí nghiệm về các dao động và năm 1962 một phòng khác từ phòng thí nghiệm của Prokhorov được tách ra thành phòng thí nghiệm vật lý vô tuyến lượng tử (do giáo sư N. G. Basov đứng đầu).

Các viện sĩ D. V. Skobeltzyn (giám đốc Viện Vật lý Lebedev) và M. A. Leontovich rất quan tâm đến việc triển khai nghiên cứu về quang phổ vô tuyến và điện tử lượng tử. Các nghiên cứu do Basov và Prokhorov tiến hành dẫn đến ý tưởng về một bộ dao động phân tử. Họ đã xây dựng các cơ sở lý thuyết cho việc tạo ra một bộ dao động phân tử và đã xây dựng một bộ dao động phân tử hoạt động trên ammoniac. Năm 1955 Basov và Prokhorov đề xuất một phương pháp tạo ra sự hấp thụ âm gọi là phương pháp bơm.

Từ năm 1950 đến năm 1955, Prokhorov và các cộng sự tiến hành nghiên cứu về các cấu trúc phân tử bằng các phương pháp quang phổ vi sóng.

Năm 1955 Prokhorov bắt đầu triển khai nghiên cứu về cộng hưởng thuận từ điện tử EPR. Nhóm của ông đã thực hiện một loạt các nghiên cứu phổ EPR và thời gian hồi phục trong nhiều tinh thể khác nhau đặc biệt là các nghiên cứu về các ion của các nguyên tơ nhóm sắt trong mạng của Al2O3.

Năm 1955 Prokhorov cùng với A. A. Manenkov nghiên cứu phổ EPR của ngọc rubi và nhờ đó họ đề xuất nó làm vật liệu cho các laze vào năm 1957. Họ đã thiết kế, xây dựng các maze có sử dụng đến nhiều vật liệu khác nhau và nghiên cứu các đặc trưng của các maze. Nghiên cứu này đã được thực hiện nhờ sự hợp tác với phòng thí nghiệm quang phổ vô tuyến của Viện Vật lý hạt nhân thuộc Đại học Moscow. Phòng thí nghiệm quang phổ vô tuyến này do Prokhorov tổ chức năm 1957. Một trong các maze xây dựng cho bước sóng 21 cm được dùng trong các nghiên cứu của đài thiên văn vô tuyến thuộc Viện Vật lý ở Pushino.

Các phương pháp EPR cũng đã được sử dụng để nghiên cứu các gốc tự do. Đặc biệt là người ta đã quan sát thấy sự chuyển của một gốc tự do của DPPH từ trạng thái thuận từ sang trạng thái phản sắt từ tại 0,3K.

Năm 1958 Prokhorov đề xuất một laze để phát ra các sóng kiểu hồng ngoại (offer-infrared). Nó được đề xuất làm một bộ cộng hưởng để sử dụng một loại lỗ hổng (cavity) mới về sau gọi là “lỗ hổng loại mở (the cavity of a open type)”. Thực tế nó là giao thoa kế Fabri-Pero. Các lỗ hổng tương tự được sử dụng rộng rãi trong các laze.

Về sau, các quan tâm khoa học chính của Prokhorov nằm trong lĩnh vực laze rắn và việc sử dụng nó cho các mục đích vật lý đặc biệt là các nghiên cứu về các quá trình đa lượng tử (multiquantum). Năm 1963 ông cùng với A. S. Selivanenko đề xuất một laze có sử dụng các chuyển tiếp hai lượng tử (two-quantum).

Alexandr Prokhorov là giáo sư Đại học Quốc gia Moscow và phó chủ tịch của URSI.

Năm 1941 Prokhorov cưới vợ là G. A. Shelepina – một nhà địa lý. Họ có một con trai.

Giải Nobel Vật lý năm 1964 được trao cho phát minh maze và laze. “Maze” có nghĩa là “sự khuếch đại vi sóng bằng sự phát bức xạ kích thích”, còn “laze” thu được bằng cách thay “vi sóng” bằng “ánh sáng”.

Chìa khóa dẫn đến phát minh này là khái niệm “sự phát kích thích (stimulated emission)” do Einstein đưa ra vào năm 1917. Bằng cách phân tích lý thuyết đối với công thức bức xạ của Planck, Einstein phát hiện thấy rằng quá trình hấp thụ cần được thực hiện nhờ một quá trình bổ sung với ngụ ý là bức xạ nhận được có thể kích thích các nguyên tử phát ra cùng một loại bức xạ. Trong quá trình này tiềm ẩn một phương pháp khuếch đại. Tuy nhiên, sự phát kích thích từ lâu được coi như một khái niệm lý thuyết thuần túy mà nó chưa từng được áp dụng vào thực tế và chưa bao giờ quan sát thấy trong thực nghiệm vì sự hấp thụ là một quá trình hoàn toàn lấn át trong tất cả các điều kiện thông thường. Một sự khuếch đại chỉ có thể xảy ra nếu sự phát kích thích mạnh hơn sự hấp thụ và điều đó đòi hỏi rằng số  nguyên tử ở trạng thái năng lượng cao cần có nhiều hơn số nguyên tử ở trạng thái năng lượng thấp hơn. Một điều kiện năng lượng không ổn định như thế ở trong vật chất được gọi là một sự cư trú đảo ngược (inverted population). Do đó, thời điểm quan trọng trong phát minh ra maze và laze là khi phát hiện ra sự cư trú đảo ngược trong các điều kiện sao cho sự phát kích thích có thể sử dụng cho sự khuếch đại.

Các bài báo đầu tiên về maze được công bố khoảng năm 1954 như là kết quả của các nghiên cứu do Townes và cộng sự tại Đại học Columbia ở New York, Basov và Prochorov tại Viện Vật lý Lebedev ở Moscow thực hiện một cách đồng thời và độc lập với nhau. Trong những năm tiếp theo, người ta đã chế tạo được nhiều loại maze khác nhau và nhiều người có đóng góp quan trọng cho sự phát triển của maze. Hiện nay, có những loại maze dùng làm các bộ thu cực nhạy đối với các sóng vô tuyến ngắn. Chúng rất quan trọng trong thiên văn vô tuyến và được sử dụng trong nghiên cứu không gian nhằm thu nhận các tín hiệu vô tuyến từ các vệ tinh.

Maze quang hay laze được nghiên cứu từ năm 1958 khi Schawlow, Townes và các nhà khoa học ở Viện Vật lý Lebedev tiến hành phân tích khả năng áp dụng nguyên lý maze trong vùng quang. Hai năm sau đó, laze đầu tiên được đưa vào hoạt động.

Bước tiến từ các vi sóng đến ánh sáng nhìn thấy làm tăng tần số lên 100 000 lần và dẫn đến những thay đổi về các điều kiện hoạt động sao cho laze có thể được xem như một phát minh mới về cơ bản. Để đạt được mật độ bức xạ cao nhằm làm cho sự phát kích thích trở nên vượt trội so với sự hấp thụ, vật chất bức xạ được đưa vào giữa hai gương và các gương này có tác dụng làm cho ánh sáng truyền qua vật chất nhiều lần. Trongquá trình này, bức xạ kích thích tăng lên giống như một trận mưa cho đến khi toàn bộ các nguyên tử đều chuyển hết năng lượng của chúng cho sự bức xạ. Các bức xạ đã và đang bị kích thích có cùng pha và tần số. Do cộng hưởng, tất cả các phần của môi trường hoạt động kết hợp các lực của chúng để đưa ra một sóng mạnh. Laze phát ra cái gọi là ánh sáng kết hợp và đó là sự khác biệt quan trọng nhất giữa laze và một nguồn ánh sáng thông thường mà trong đó các nguyên tử bức xạ ra tương đối độc lập với nhau.

Hiện nay, các laze được chế tạo ở nhiều dạng khác nhau. Dạng laze đầu tiên và còn được sử dụng nhiều nhất là dạng laze gồm một que hồng ngọc có chiều dài một vài insơ với các mặt cuối được đánh bóng và mạ bạc để dùng làm gương. Bức xạ cuối cùng rời khỏi tinh thể qua một trong các mặt cuối mà chúng đưược chế tạo hơi trong suốt. Hồng ngọc có cấu tạo từ oxit nhôm trộn với một ít crom. Các ion crom làm cho hồng ngọc có màu đỏ và chúng có vai trò quan trọng để xảy ra hiệu ứng laze. Sự cư trú đảo ngược sinh ra bởi ánh sáng từ một đèn nháy xenon. Điều này lối kéo các ion crom và đặt chúng vào trong điều kiện sao cho chúng có thể bị kích thích để phát ra ánh sáng đỏ với một bước sóng xác định rõ.

Thông thường một lượng lớn của các xung ánh sáng laze liên tiếp được phát ra trong thời gian một nháy sáng của đèn. Nhưng do việc thoát ra chậm, chỉ đến khi năng lượng cất giữ tiến đến một giá trị cực đại toàn bộ năng lượng được đưa vào một xung lớn. Công suất của ánh sáng phát ra khi đó có thể đạt tới hơn một trăm nghìn oát. Hơn nữa, vì các tia thoát ra hoàn toàn song song nên có thể tập trung toàn bộ năng lượng bằng một thấu kính lên một vùng rất nhỏ và từ đó có thể tạo ra một công suất rất lớn trên một vùng hẹp. Theo quan điểm khoa học, điều được quan tâm đặc biệt là cường độ điện trường sinh ra trong sóng ánh sáng có thể lên tới hàng trăm nghìn von/ cm và do đó vượt trội các lực mà chúng duy trì các lớp vỏ điện tử của các nguyên tử với nhau. Mật độ photon cao mở ra rất nhiều khả năng mới cho việc nghiên cứu tương tác của bức xạ với vật chất.

Một loại laze khác trong đó ánh sáng phát ra từ một chất khí bị kích thích bởi sự phóng điện có thể liên tục sinh ra bức xạ với bước sóng xác định rất rõ. Bức xạ này có thể được sử dụng để đo các bước sóng và vận tốc với độ chính xác không thể đạt được trước đó.

Phát minh laze cung cấp cho chúng ta một công cụ nghiên cứu mới rất mạnh trong nhiều lĩnh vực. Các ứng dụng kỹ thuật của laze trong thực tế đã trở nên nổi tiếng như các máy chiếu laze, máy in laze, bút chiếu laze,… Do hiệu ứng laze bị giới hạn đến những khoảng thời gian ngắn và các thể tích rất nhỏ nên laze là công cụ chính trong vi phẫu. Cần nhấn mạnh rằng việc sử dụng một chùm laze cho các mục đích hủy diệt ở các khoảng cách xa là hoàn toàn không thực tế. “Tia chết” chỉ là một sự tưởng tượng mà thôi.

February 11, 2012

0 responses on "Giải nobel vật lý 1964"

Leave a Message

Your email address will not be published.

inPhysic is an online education site which imparts knowledge and skills to million of users worldwide.

280 an dương vương, phường 4 quận 5,  Hồ Chí Minh
0976 905 317
[email protected] | [email protected] | [email protected]

Top Categories

january, 2021

No Events

top
X