Thành tựu nghiên cứu nổi bật

Một số thành tựu của Viện Vật lý trong nghiên cứu cơ bản về vật lý hiện đại

Viện Vật lý được thành lập theo quyết định số 25/CP ngày 05/02/1969 của Thủ tướng Chính phủ do Thủ tướng Phạm Văn Đồng ký, là một trong những đơn vị đầu tiên của Viện Khoa học Việt Nam nay là Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Một trong những nhiệm vụ chính và cũng là thế mạnh của Viện Vật lý là tổ chức nghiên cứu các vấn đề khoa học cơ bản, nhằm tiếp cận những thành tựu hiện đại của vật lý trên thế giới, giúp định hướng cho các lĩnh vực nghiên cứu công nghệ, góp phần nâng cao trình độ khoa học và công nghệ nước nhà. Hàng năm, các cán bộ của Viện Vật lý công bố hơn 100 công trình khoa học, trong đó khoảng 50% là các bài báo trên các tạp chí vật lý thuộc danh mục ISI, chủ yếu thuộc các lĩnh vực: vật lý lý thuyết, vật lý tính toán, vật lý hạt nhân, vật lý laze và quang phổ.

Dưới đây là một số thành tựu đáng ghi nhận trong những năm gần đây của các nhà khoa học tại Viện Vật lý về nghiên cứu cơ bản trong một số lĩnh vực của vật lý hiện đại

Lý thuyết hạt cơ bản và vũ trụ học

Mô hình chuẩn (được xây dựng từ những năm 1970) tuy rất thành công trong việc giải thích được phần lớn các hiện tượng trong vật lý hạt cơ bản, nhưng vẫn chưa được coi là một lý thuyết hoàn chỉnh về vật chất trong tự nhiên. Những hạn chế chính của mô hình chuẩn liên quan tới các vấn đề như: khối lượng neutrino, bất đối xứng vật chất - phản vật chất, vật chất tối, năng lượng tối, giãn nở gia tốc của vũ trụ, bản chất của hạt Higgs và số thế hệ fermion. Năm 1994, Hoàng Ngọc Long và các cộng sự đã xây dựng thành công một mô hình thống nhất điện yếu mở rộng dựa trên nhóm SU(3)C X SU(3)L X U(1)X (3-3-1). Mô hình này mở ra một hướng nghiên cứu mới cho vật lý sau mô hình chuẩn và đã được cộng đồng khoa học thế giới công nhận. Các bước phát triển của mô hình 3-3-1 tiếp tục được nhóm nghiên cứu của GS. Hoàng Ngọc Long nghiên cứu và đề xuất. Năm 2006, nhóm đã đề xuất mô hình 3-3-1 tiết kiệm với rất nhiều ưu việt và tăng khả năng kiểm chứng. Mô hình 3-3-1 siêu đối xứng đã được nhóm nghiên cứu xây dựng và có những hệ quả vật lý mới rất thú vị như đưa ra các tiên đoán về khối lượng neutrino, sự vi phạm số lepton thế hệ, phân rã Higgs, và về các tín hiệu siêu đối xứng ở LHC và ILC. Mô hình 3-3-1 với đối xứng gián đoạn cho giải thích lý thuyết về khối lượng nhỏ và sự trộn lẫn của neutrino như đã được thực nghiệm xác nhận. Ứng dụng mô hình 3-3-1 vào vũ trụ học đã được các thành viên trong nhóm nghiên cứu triển khai, nhằm đưa ra giải thích về vật chất tối trong tự nhiên, lạm phát và chuyển pha trong vũ trụ.

Thông tin lượng tử

Thông tin lượng tử là một lĩnh vực rất mới, có tính cách mạng (được ghi nhận bởi giải Nobel Vật lý năm 2012), hứa hẹn nhiều ứng dụng quan trọng trong tương lai như truyền thông lượng tử, bảo mật tuyệt đối và máy tính lượng tử. Giao thức nổi bật nhất là viễn chuyển lượng tử (Quantum Teleportation) được đề xuất vào năm 1993. Từ năm 2000 người ta bắt đầu đề cập đến các giao thức để viễn tạo trạng thái lượng tử (Remote State Preparation). Các giao thức này có ưu điểm hơn các giao thức viễn chuyển lượng tử khi trạng thái cần chuyển đã biết. Giao thức này tuy hoàn toàn chính xác nhưng không hoàn toàn bảo mật vì thông tin về trạng thái cần tạo bị lộ cho người chuyển. Để bảo mật thông tin, một giao thức mới được Nguyễn Bá Ân và cộng sự đề xuất năm 2008 và được đặt tên là “Đồng viễn tạo trạng thái lượng tử” (Joint Remote State Preparation). Tên gọi này đã được sử dụng rộng rãi bởi nhiều tác giả khác. Nhóm nghiên cứu của PGS. Nguyễn Bá Ân đã phát triển tiếp giao thức này, đưa ra những cải tiến đáng kể và đơn giản hóa nó. Đặc biệt, nhóm đã đề xuất ra các phương pháp thực hiện các phép đo một cách hợp lý để đạt được các giao thức tất định (xác suất thành công là 100%), một việc có ý nghĩa quan trọng trong xử lý thông tin lượng tử, làm giảm chi phí đáng kể trong sử dụng tài nguyên lượng tử, là các tài nguyên rất đắt tiền.

Vật liệu lượng tử

Nghiên cứu vật liệu lượng tử là một trong những vấn đề những vấn đề được quan tâm hàng đầu hiện nay trên thế giới do có triển vọng ứng dụng cao trong công nghệ  nhằm thay thế các vật liệu truyền thống trong công nghệ của thế kỷ 20. Nhóm nghiên cứu của PGS. Trần Minh Tiến trong những năm qua đã nghiên cứu những vai trò của tương quan điện tử trong các hiện tượng hợp trội, hiện tượng tới hạn lượng tử, trong chất điện môi topo, chất lỏng phi Fermi thông qua các mô hình lý thuyết tối thiểu cho các loại vật liệu lượng tử. Một trong những kết quả nổi bật là đã tìm ra một số hiện tượng lý thú như sự cạnh tranh giữa tương quan từ ngẫu nhiên và tương quan Kondo ngẫu nhiên trong chuyển pha lượng tử từ một pha chất lỏng Fermi địa phương sang một pha chất lỏng spin. Ngoài ra, nhóm cũng đã nghiên cứu và tìm ra ba loại chuyển pha Mott và cơ chế cho các chuyển pha này trong hỗn hợp nguyên tử fermion cực lạnh, tìm ra điều kiện để tồn tại chất điện môi Kondo có tính chất topo, và tìm ra ảnh hưởng của tương quan điện tử lên chuyển pha topo trong chất điện môi topo Chern. Những kết quả này vừa giúp hiểu biết sâu sắc hơn những tính chất lượng tử trong vật liệu, đặc biệt là những tính chất mới được khám phá gần đây như tính chất topo, tính chất tới hạn lượng tử, vừa tạo cơ sở để thực nghiệm có thể kiểm chứng bằng mô phỏng mô hình thông qua mạng quang học của các nguyên tử cực lạnh, làm tiền đề cho nghiên cứu thực nghiệm, chế tạo và sử dụng vật liệu lượng tử. 

Ngoài những kết quả kể trên, hàng năm các cán bộ của Viện Vật lý còn công bố nhiều công trình về các vấn đề nghiên cứu cơ bản có tính thời sự như nghiên cứu về graphene và các vật liệu nano carbon, thiết kế linh kiện điện tử nano, mô phỏng và tính toán từ nguyên lý ban đầu các tính chất của vật liệu, nghiên cứu vật lý sinh học và các hệ lai ghép nano - sinh học, nghiên cứu thực nghiệm về phản ứng và cấu trúc của các hạt nhân bền và không bền v.v.

Lớp học quốc tế VAST-ICTP-APCTP về Vật lý lý thuyết trong các pha tô-pô và tính toán lượng tử (Hà Nội, 9-20 tháng 12 năm 2013)

Nguồn tin: Viện Vật lý
Xử lý tin: Thanh Hà

 

Bản quyền thuộc về Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Địa chỉ: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội. Email: thongtin@vast.vn
Khi phát hành lại thông tin trên Website cần ghi rõ nguồn: "Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam".