• No products in the cart.

  • LOGIN

Nobel vật lý 1966

nobel vật lý 1966

Alfred Kastler (1902-1984)

Giải Nobel Vật lý năm 1966 được trao cho giáo sư người Pháp Alfred Kastler tại Trường Sư phạm thuộc Đại học Paris ở Paris (Pháp) “do phát minh và phát triển của ông về các phương pháp quang trong nghiên cứu các cộng hưởng Hertz đối với các nguyên tử”.

Alfred Kastler sinh ngày 3 tháng 5 năm 1902 tại Guebwiller (Alsace, Pháp). Ông học phổ thông ở thị trấn quê hương của mình sau đó tại Oberrealschule ở Colmar mà nó trở thành Trường Trung học (Lycee) Bartholdi vào năm 1918 khi Alsace trả lại Pháp.

Năm 1921 Kastler vào học Trường Sư phạm (Ecole Normale Superieure) và rời trường này để dạy học tại một trường trung học. Ông dạy học trong 5 năm lúc đầu ở Trường Trung học Mulhouse sau đó ở các trường trung học ở Colmar và Bordeaux. Giai đoạn tiếp theo trong sự nghiệp của ông là ở đại học. Ông là trợ giáo tại khoa Khoa học của Đại học Bordeaux (1931-1936), giảng viên tại Đại học Clermont-Ferrand (1936-1938) và giáo sư tại Đại học Bordeaux (1938-1941). Năm 1941 giữa thời kỳ chiếm đóng của Đức, Georges Bruhat đề nghị ông đến Paris để giúp ông thiết lập giảng dạy vật lý tại Trường Sư phạm.

Các giáo viên toán của Kastler tại Trường Trung học Colmar là Frohlich từ Bavaria và Edouard Greiner từ Alsace. Chính các giáo viên này là những người đầu tiên khuyến khích ông đi vào khoa học. Lòng say mê khoa học của ông càng được củng cố khi ông tham dự lớp toán đặc biệt do Mahuet và Brunold tổ chức. Nhờ đó ông thi đỗ vào Trường Sư phạm. Trong bầu không khí học tập đầy hứng thú của trường cao đẳng này, một giảng viên của trường này tên là Eugene Bloch (ông này có quê ở vùng sông Rhine và sau đó mất tích ở Auschwitz) đã giới thiệu cho các sinh viên của mình về các khái niệm nguyên tử của Bohr và cơ học lượng tử và hướng sự chú ý của Kastler vào một cuốn sách của Sommerfeld về cấu trúc nguyên tử vạch phổ. Cuốn sách này đã giúp cho Kastler tìm hiểu về nguyên lý bảo toàn động lượng mà A. Rubinowicz áp dụng cho sự trao đổi năng lượng giữa các nguyên tử và bức xạ. Nguyên lý này là kim chỉ nam cho toàn bộ các nghiên cứu của Kastler.

Năm 1931 Alfred Kastler là trợ giáo cho giáo sư Pierre Daure tại khoa Khoa học của Đại học Bordeaux. Trách nhiệm giảng dạy của ông khi đó không nặng nề lắm và ông có thể dành toàn bộ thì giờ rỗi rãi của mình cho nghiên cứu. Daure khuyến khích ông đi vào quang phổ thực nghiệm. Trong nhiều năm, ông nghiên cứu về quang phổ, đặc biệt là về sự phát quang nguyên tử và quang phổ Raman. Năm 1937 ông quan tâm đến sự phát quang của các nguyên tử natri trong tầng khí quyển phía trên. Sau khi phát hiện thấy vạch D của bầu trời lúc tảng sáng hoặc lúc chiều hôm có thể bị hấp thụ bởi hơi natri và sau một số nghiên cứu tại Abisko mà ở đó ánh sáng lúc tảng sáng hoặc lúc chiều hôm bị kéo dài, Kastler cùng với Jean Bricard đã chứng tỏ rằng vạch này bị phân cực. Nó cần phải như thế nếu cơ cấu bức xạ là cơ cấu cộng hưởng quang sinh ra bởi bức xạ Mặt Trời.

Trong những năm Pháp bị Đức chiếm đóng, các nhà khoa học Pháp hầu như bị tách biệt khỏi thế giới bên ngoài. Năm 1945 Pháp có thể gửi học sinh đến các nước phương Tây khác để cập nhật các thông tin mới nhất về tiến bộ khoa học. Trong số đó có Jean Brossel và nhà khoa học này đã quay trở lại Pháp vào năm 1951. Brossel đã thu thập được thông tin khoa học từ Francis Bitter ở MIT khi du học ở Mỹ.

Chịu ảnh hưởng của Gorter, Rabi đã áp dụng rất thành công một số phương pháp để nghiên cứu các nguyên tử ở trạng thái cơ bản của chúng. Năm 1949 Bitter đề nghị mở rộng cùng các phương pháp này cho các trạng thái kích thích của các nguyên tử. Brossel và Kastler khi đó đề xuất “phương pháp cộng hưởng kép” mà nó kết hợp cộng hưởng quang và cộng hưởng từ.

Trong lúc Brossel ở MIT trong thời gian từ năm 1949 đến năm 1951, ông đã tiến hành các công trình mở đầu về trạng thái kích thích của nguyên tử thủy ngân. Cùng lúc đó, Kastler đưa ra kỹ thuật “bơm quang”. Kỹ thuật này tạo ra khả năng áp dụng “các phương pháp quang để nghiên cứu các cộng hưởng vi sóng” cho các trạng thái cơ bản của nguyên tử.

Sau năm 1951 Kastler phối hợp với Jean Brossel ở Paris để hoàn chỉnh tất cả các phương pháp nói trên. Chính các cộng sự trẻ tuổi của Kastler và Brossel ở Trường Sư phạm đã tham gia hợp tác với hai nhà khoa học này mà nhờ đó Kastler được trao Giải Nobel năm 1966.

Kastler là giáo sư Francqui tại Đại học Louvain trong những năm 1953-1954. Ông là tiến sĩ danh dự của Đại học Louvain (1955), Đại học Pisa (1960) và Đại học Oxford (1966). Kastler được trao huy chương của Đại học Liege. Hội Vật lý Pháp, Hội Vật lý Ba Lan và Hội Quang học Mỹ bầu ông làm thành viên danh dự. Năm 1962 Hội Quang học Mỹ trao tặng cho ông Huy chương Mees trên đó có ghi “Quang học vượt qua tẩt các biên giới”. Năm 1954 Hội Vật lý Anh trao tặng cho Kastler giải thưởng tưởng niệm Fernand Holweck- người bị mất tích một cách bi thảm vào năm 1941. Ông là viện sĩ Viện Hàn lâm Flemish Hoàng gia Bỉ (1954) và Viện Hàn lâm Khoa học Paris (1964). Năm 1965 Kastler và Louis Néel được trao tặng huy cương vàng của Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp.

Kastler cưới vợ là Elise Cosset vào tháng 12 năm 1924. Vợ ông là giáo viên lịch sử ở một trường trung học. Vợ chống ông có ba con. Con đầu là Daniel sinh năm 1926 và là giáo sư vật lý tại Đại học Marseilles, con thứ hai là Mireille sinh năm 1928 và là một bác sĩ nhãn khoa ở Paris và con thứ ba là Claude-Yver dạy tiếng Nga tại Đại học Grenoble.

Một thời gian ngắn sau năm 1930 khi Alfred Kastler bắt tay vào nghiên cứu khoa học ở đại học, ông tập trung sự quan tâm của mình vào các bài toán liên quan đến tán xạ ánh sáng. Ông sử dụng các phương pháp mới để phân tích hiện tượng này. Hiện tượng này đã được nghiên cứu khi chiếu ánh sáng do các nguyên tử nào đó phát ra vào trong một buồng cũng chứa các nguyên tử đó. Khi đó các nguyên tử bị chiếu sáng bị kích thích bởi ánh sáng đến một mức năng lượng cao hơn. Khi sinh ra loại cộng hưởng này, các nguyên tử bị kích thích khi quay trở lại trạng thái cơ bản sẽ phát quang mạnh.

Hiện tượng tán xạ ánh sáng đã được nghiên cứu kỹ trước đó một chút, đặc biệt là sau khi người ta phát hiện thấy rằng sự phát quang bị phân cực mạnh khi đặt một bộ phân cực giữa đèn và buồng cộng hưởng. Một quan sát khác thấy rằng sự phân cực này bị ảnh hưởng đáng kể bởi một từ trường tác dụng lên các nguyên tử bị chiếu sáng.

Kastler đã có đóng góp quan trọng cho sự hiểu biết của chúng ta về các hiện tượng này. Ông đã nghiên cứu mối quan hệ giữa sự định hướng không gian của các nguyên tử và sự phân cực bức xạ của chúng.

Điểm xuất phát cho nghiên cứu của ông là các cộng hưởng Hertzian. Các cộng hưởng này sinh ra khi các nguyên tử tương tác với các sóng vô tuyến hoặc các vi sóng, nghĩa là với bức xạ điện từ có tần số tối thiểu thấp hơn một nghìn lần so với tần số của ánh sáng nhìn thấy. Các sóng như thế do đó phù hợp tốt với việc nghiên cứu các chi tiết tinh tế ở trong quang phổ. Các chi tiết này mặc dù có thể quan sát thấy trong quang phổ kế nhưng có thể không đo được với độ chính xác thỏa đáng bằng phương pháp này. Các cộng hưởng Hertzian đã được Rabi sử dụng ( theo đề nghị của Gorter) thành công lần đầu tiên cho mục đích này vào năm 1938. Rabi có khả năng đo với độ chính xác cao khoảng tách ra của các mức năng lượng thành một số các mức con. Hiện tượng này được sinh ra khi có mặt từ trường và nó nhờ vào sự định hướng của các nguyên tử trong không gian. Cấu trúc siêu tinh tế là một loại khác của những sự chia nhỏ thêm gắn với các momen điện và từ của các hạt nhân từ. Trên cơ sở các phép đo chính xác của mình, Rabi có khả năng tính toán các momen hạt nhân này với độ chính xác cao.

Nhờ sự giúp đỡ của Jean Brossel – lúc đầu là học trò và sau đó là cộng sự của mình, Kastler là người đầu tiên đề xuất phương pháp nghiên cứu các cộng hưởng Hertzian bằng các phương pháp quang và chỉ ra khả năng kích thích các mức con từ một cách có lựa chọn từ các trạng thái kích thích bằng ánh sáng phân cực có tần số cộng hưởng. Nếu tác dụng một từ trường dao động với tần số cao sẽ xảy ra cộng hưởng Hertzian khi tỷ số của tần số này trên từ trường không đổi tác dụng được chọn thích hợp. Các cộng hưởng Hertzian có khuynh hướng làm cân bằng số các mức con từ và tác động yếu đến sự phân cực quan sát thấy của sư phát quang. Trong thực tế, buồng cộng hưởng được bao quanh bởi một cuộn dây trên đó có dòng điện với tần số sóng vô tuyến hoặc vi sóng chạy qua.

Thực nghiệm do Brossel và nhà vật lý Mỹ Bitter thực hiện một vài năm sau. Để mở rộng việc sử dụng các cộng hưởng Hertzian cho các trạng thái kích thích Bitter cũng đã nghĩ đến kết hợp cộng hưởng quang và cộng hưởng Hertzian nhưng ông không đưa ra phương pháp để thực hiện ý tưởng đó. Ông họi phương pháp Brossel-Kastler là cộng hưởng quang kép.

Phép phân tích mới đối với các quá trình nguyên tử cùng với sự tán xạ của bức xạ cộng hưởng đã giúp cho Kastler đề xuất phương pháp bơm quang vào năm 1950. Trong phương pháp này, các nguyên tử bị chiếu bởi bức xạ cộng hưởng mà nó thông thường bị phân cực vòng quanh. Theo Kastler, các nguyên tử khi quay trở lại trạng thái cơ bản tập trung ở trong các mức con nào đó và tạo ra các định hướng ưu tiên trong không gian nếu thực nghiệm được thực hiện trong các điều kiện thích hợp. Việc sử dụng phương pháp này cho phép định hướng cả nguyên tử và hạt nhân nguyên tử. Thực nghiệm này thực tế đã được tiến hành hai năm sau đó bởi Brossel, Kastler và Winter.

Cộng hưởng kép và bơm quang cho phép phát hiện dễ dàng các cộng hưởng Hertzian bởi vì các cộng hưởng như thế dễ dàng gây ra các hiệu ứng quang có thể quan sát được. Các phương pháp này dựa trên cơ sở của một nguyên lý khác với nguyên lý hoạt động của quang phổ kế ESR hoặc NMR. Trái với các phương pháp ESR và NMR, chúng có thể áp dụng cho các vật liệu có mật độ rất thấp. Kastler, Brossel và một số lớn các nhà nghiên cứu trẻ xuất sắc đã phát triển các phương pháp này một cách có hệ thống.

Một ví dụ quan trọng về các hiện tượng bao hàm các trạng thái kích thích đã được nhóm của Kastler nghiên cứu bằng phương pháp cộng hưởng kép là sự hẹp của các vạch phổ với sự tăng áp suất khí ở bên trong buồng cộng hưởng.

Các thực nghiệm về sự bơm quang lúc đầu được thực hiện đối với các chùm nguyên tử. Chúng dẫn đến các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm mạnh mẽ về các tương tác đồng thời của một số lượng tử của một từ trường dao động với các nguyên tử. Một cải tiến quan trọng trong phương pháp bơm thu được khi người ta tiến hành các thực nghiệm này đối với hơi trong buồng cộng hưởng. Một công trình rất lý thú đã được tiến hành liên quan đến sự hồi phục của các nguyên tử về trạng thái hỗn độn sau khi bơm mà nó cung cấp thông tin về cơ chế tác động trong những va chạm giữa các nguyên tử và trong những va chạm giữa các nguyên tử và các thành của bộ chứa.

Cohen-Tannoudji đã tiến hành những nghiên cứu có tính khái quát cao cũng ở trong phòng thí nghiệm của Kastler. Ông xem xét việc mở rộng và dịch chuyển các mức năng lượng trong các nguyên tử bơm gây ra bởi tương tác của chúng với điện từ trường.

Một số lớn các momen hạt nhân đã được xác định với độ chính xác cao. Các ý tưởng của Kastler về sự bơm quang đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển laze. Sự bơm quang cho phép chế tạo các bộ đo magneto cũng như các đồng hồ nguyên tử rất nhạy.

Tác giả bài viết: PGS. TS. Nguyễn Quang Học

February 12, 2012

0 responses on "Nobel vật lý 1966"

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