What is the coldest thing in the world? - Lina Marieth Hoyos

Translator: Ngoc Truong Reviewer: Linh Pham

The coldest materials in the world aren’t in Antarctica.

Những vật liệu lạnh nhất thế giới không nằm ở Nam Cực,

They’re not at the top of Mount Everest

trên đỉnh Everest hay dưới một tảng băng,

or buried in a glacier.

They’re in physics labs:

mà từ các phòng thí nghiệm lý:

clouds of gases held just fractions of a degree above absolute zero.

những đám mây khí với nhiệt độ chỉ cao hơn độ không tuyệt đối vài phần độ.

That’s 395 million times colder than your refrigerator,

Lạnh hơn gấp 395 triệu lần tủ lạnh nhà bạn,

100 million times colder than liquid nitrogen,

gấp 100 triệu lần ni-tơ lỏng,

and 4 million times colder than outer space.

và hơn 4 triệu lần so với ngoài không gian.

Temperatures this low give scientists a window into the inner workings of matter,

Những nhiệt độ thấp thế này giúp hé mở cánh cửa

vào thế giới vận động của vật chất

and allow engineers to build incredibly sensitive instruments

cho phép các kĩ sư tạo ra những thiết bị cực nhạy

that tell us more about everything

cho ta biết nhiều hơn về mọi thứ

from our exact position on the planet

từ vị trí cụ thể của ta trên trái đất

to what’s happening in the farthest reaches of the universe.

đến những gì xảy ra ở rìa xa nhất của vũ trụ.

How do we create such extreme temperatures?

Vậy ta tạo ra những nhiệt độ khắc nghiệt này như thế nào?

In short, by slowing down moving particles.

Nói tóm tắt là bằng cách làm chậm các hạt chuyển động.

When we’re talking about temperature, what we’re really talking about is motion.

Khi nói về nhiệt độ, cái ta thực sự nói đến là chuyển động.

The atoms that make up solids,

Những nguyên tử tạo thành chất rắn, lỏng, và khí

liquids,

and gases

are moving all the time.

lúc nào cũng chuyển động.

When atoms are moving more rapidly, we perceive that matter as hot.

Khi các nguyên tử chuyển động nhanh hơn, ta thấy chất đó nóng.

When they’re moving more slowly, we perceive it as cold.

Khi các nguyên tử chuyển động chậm hơn, ta thấy chất đó lạnh.

To make a hot object or gas cold in everyday life,

Để làm lạnh một chất rắn hoặc khí nóng trong đời sống hàng ngày,

we place it in a colder environment, like a refrigerator.

ta đưa chúng vào môi trường có nhiệt độ thấp hơn như tủ lạnh.

Some of the atomic motion in the hot object is transferred to the surroundings,

Một số chuyển động nguyên tử của vật nóng được chuyển sang môi trường xung quanh,

and it cools down.

khiến nó nguội dần.

But there’s a limit to this:

Nhưng điều này có một giới hạn:

even outer space is too warm to create ultra-low temperatures.

ngay cả ngoài không gian cũng là quá nóng để có thể tạo nhiệt độ cực thấp.

So instead, scientists figured out a way to slow the atoms down directly –

Nên thay vào đó, các nhà khoa học đã tìm ra cách trực tiếp làm chậm nguyên tử -

with a laser beam.

bằng một chùm laser.

Under most circumstances,

Trong đa số trường hợp, năng lượng trong chùm laser làm các vật nóng lên.

the energy in a laser beam heats things up.

But used in a very precise way,

Nhưng nếu được sử dụng một cách chính xác,

the beam’s momentum can stall moving atoms, cooling them down.

động lượng của chùm tia có thể trì hoãn nguyên tử chuyển động, làm chúng nguội đi.

That’s what happens in a device called a magneto-optical trap.

Đây là điều xảy ra trong một thiết bị tên bẫy quang từ.

Atoms are injected into a vacuum chamber,

Các nguyên tử được đưa vào một môi trường chân không,

and a magnetic field draws them towards the center.

và một từ trường sẽ kéo chúng về phía tâm thiết bị.

A laser beam aimed at the middle of the chamber

Một chùm tia laser nhắm vào chính giữa từ trường này

is tuned to just the right frequency

được điều chỉnh đến tần số thích hợp

that an atom moving towards it will absorb a photon of the laser beam and slow down.

để khi nguyên tử tiến gần đến sẽ hấp thụ một photon trong chùm laser và chậm lại.

The slow down effect comes from the transfer of momentum

Hiệu ứng chậm lại đến từ sự chuyển giao động lực học

between the atom and the photon.

giữa nguyên tử và photon.

A total of six beams, in a perpendicular arrangement,

Tổng cộng sáu chùm tia, trong vị trí vuông góc,

ensure that atoms traveling in all directions will be intercepted.

đảm bảo những nguyên tử đi từ nhiều hướng sẽ bị chặn lại.

At the center, where the beams intersect,

Giữa trung tâm, nơi những chùm tia giao nhau,

the atoms move sluggishly, as if trapped in a thick liquid —

các nguyên tử chuyển động chậm, như đang kẹt trong một chất lỏng đặc,

an effect the researchers who invented it described as “optical molasses.”

một hiệu ứng các nhà phát minh ra nó gọi là "mật đường thị giác."

A magneto-optical trap like this

Một bẫy quang từ như thế này

can cool atoms down to just a few microkelvins —

có thể "làm nguội" các nguyên tử xuống chỉ một vài microkelvin,

about -273 degrees Celsius.

khoảng -273 độ C.

This technique was developed in the 1980s,

Kĩ thuật này được phát triển vào những năm 1980,

and the scientists who'd contributed to it

và những nhà khoa học cống hiến cho nó

won the Nobel Prize in Physics in 1997 for the discovery.

đều đoạt giải Nobel Vật lý vào năm 1997 cho phát hiện này.

Since then, laser cooling has been improved to reach even lower temperatures.

Từ đó, laser làm nguội đã được phát triển để tiến đến những nhiệt độ thấp hơn.

But why would you want to cool atoms down that much?

Nhưng tại sao bạn lại muốn làm nguội nguyên tử nhiều đến vậy?

First of all, cold atoms can make very good detectors.

Thứ nhất, những nguyên tử lạnh có thể là những "bộ dò" rất tốt.

With so little energy,

Do có cực ít năng lượng,

they’re incredibly sensitive to fluctuations in the environment.

chúng cực nhạy với những dao động trong môi trường.

So they’re used in devices that find underground oil and mineral deposits,

Nên chúng được dùng trong những thiết bị tìm dầu và khoáng dưới lòng đất,

and they also make highly accurate atomic clocks,

và chúng cũng là "đồng hồ nguyên tử" cực chính xác,

like the ones used in global positioning satellites.

như những cái được dùng trong những vệ tinh định vị toàn cầu.

Secondly, cold atoms hold enormous potential

Thứ hai, những nguyên tử lạnh có tiềm năng cực lớn

for probing the frontiers of physics.

trong việc "mò mẫm" giới hạn của vật lý học.

Their extreme sensitivity makes them candidates

Độ cực nhạy khiến chúng trở thành những ứng cử viên

to be used to detect gravitational waves in future space-based detectors.

dò từ trường trong những máy dò trong vũ trụ tương lai.

They’re also useful for the study of atomic and subatomic phenomena,

Chúng cũng giúp ích cho việc nghiên cứu những hiện tượng nguyên tử,

which requires measuring incredibly tiny fluctuations in the energy of atoms.

vốn cần đo đạc những dao động cực nhỏ trong nguyên tử.

Those are drowned out at normal temperatures,

Những dao động đó bị lấp ở nhiệt độ thường,

when atoms speed around at hundreds of meters per second.

khi các nguyên tử chạy quanh với tốc độ hàng trăm mét một giây.

Laser cooling can slow atoms to just a few centimeters per second—

Laser làm lạnh có thể làm chậm nguyên tử tới chỉ vài centimet một giây,

enough for the motion caused by atomic quantum effects to become obvious.

đủ để dao động tạo ra bởi lượng tử nguyên tử trở nên rõ rệt.

Ultracold atoms have already allowed scientists to study phenomena

Những nguyên tử siêu lạnh đã cho phép các nhà khoa học nghiên cứu

like Bose-Einstein condensation,

các hiện tượng như sự đông đặc Bose-Einstein,

in which atoms are cooled almost to absolute zero

khi nguyên tử được làm lạnh tới gần độ không tuyệt đối

and become a rare new state of matter.

và trở thành một hình thái chất hiếm hoàn toàn mới.

So as researchers continue in their quest to understand the laws of physics

Thế nên, bước tiếp con đường tìm hiểu quy luật vật lý

and unravel the mysteries of the universe,

và mở ra những bí mật của vũ trụ,

they’ll do so with the help of the very coldest atoms in it.

các nhà khoa học sẽ cần đến

sự giúp đỡ của những nguyên tử lạnh nhất.