Daniel Kleppner, một nhà vật lý thực nghiệm đã giúp phát triển đồng hồ nguyên tử trở thành một phần thiết yếu của hệ thống định vị toàn cầu (GPS), và cũng đóng góp vào việc khám phá trạng thái cơ bản hiếm gặp của vật chất mà Albert Einstein và nhà vật lý lý thuyết Satyendra Nath Bose từng dự đoán, đã qua đời vào ngày 16/6 tại Palo Alto, California. Ông hưởng thọ 92 tuổi.
Vào giữa những năm 1950, trong thời gian thực tập tại đại học Cambridge, Anh Quốc, Tiến sĩ Kleppner đã phát hiện ra điều bất ngờ: Có thể xây dựng một chiếc đồng hồ chính xác đến mức có thể phát hiện được tác động của trọng lực lên thời gian. Tò mò với ý tưởng này, ông tìm kiếm thêm thông tin và đọc cuốn sách "Nuclear Moments" của Norman Ramsey vào năm 1953.
Sau khi kết thúc thực tập, Tiến sĩ Kleppner tiếp tục chương trình sau đại học tại Harvard, nơi ông phát hiện ra Tiến sĩ Ramsey cũng là một giảng viên trong trường. Ông ngay lập tức ứng tuyển vào nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Ramsey và được chấp nhận.
![[IMG]](https://photo2.tinhte.vn/data/attachment-files/2025/07/8783088_10Kleppner--02-tqkf-superJumbo.webp)
Tiến sĩ Ramsey sau này là một trong những người nhận giải Nobel Vật lý vào năm 1989 cho những nghiên cứu mà ông đã thực hiện vào những năm 1940, khi ông tìm ra cách đo tần số bức xạ điện từ hấp thụ bởi các nguyên tử và phân tử. Kỹ thuật thử nghiệm của ông đã đặt nền móng cho cộng hưởng từ hạt nhân, tiền thân của công nghệ MRI được sử dụng trong y học ngày nay.
Vào giữa những năm 1950, trong thời gian thực tập tại đại học Cambridge, Anh Quốc, Tiến sĩ Kleppner đã phát hiện ra điều bất ngờ: Có thể xây dựng một chiếc đồng hồ chính xác đến mức có thể phát hiện được tác động của trọng lực lên thời gian. Tò mò với ý tưởng này, ông tìm kiếm thêm thông tin và đọc cuốn sách "Nuclear Moments" của Norman Ramsey vào năm 1953.
Sau khi kết thúc thực tập, Tiến sĩ Kleppner tiếp tục chương trình sau đại học tại Harvard, nơi ông phát hiện ra Tiến sĩ Ramsey cũng là một giảng viên trong trường. Ông ngay lập tức ứng tuyển vào nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Ramsey và được chấp nhận.
Tiến sĩ Ramsey sau này là một trong những người nhận giải Nobel Vật lý vào năm 1989 cho những nghiên cứu mà ông đã thực hiện vào những năm 1940, khi ông tìm ra cách đo tần số bức xạ điện từ hấp thụ bởi các nguyên tử và phân tử. Kỹ thuật thử nghiệm của ông đã đặt nền móng cho cộng hưởng từ hạt nhân, tiền thân của công nghệ MRI được sử dụng trong y học ngày nay.
Các nguyên tử của mỗi nguyên tố rung động ở một tần số duy nhất. Công trình của Tiến sĩ Ramsey đã cho phép các nhà khoa học xây dựng những gì được gọi là đồng hồ nguyên tử, một thiết bị đo lường những rung động đó, sử dụng thông tin để giữ thời gian vô cùng chính xác. Ví dụ, đơn vị đo chính thức của một giây theo SI là chu kỳ thực hiện 9.192.631.770 dao động của một nguyên tử cesium.
Chiếc đồng hồ nguyên tử đầu tiên được tạo ra vào năm 1954 bởi Jerrold R. Zacharias, một nhà vật lý tại Viện Công nghệ Massachusetts. Khi Tiến sĩ Kleppner gia nhập phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Ramsey, ông đã nảy ra ý tưởng để cải thiện độ chính xác của nó.
Ông tin rằng chìa khóa nằm ở việc quan sát dao động của các nguyên tử càng lâu càng tốt. Thời gian rung động của chúng được theo dõi càng dài thì đồng hồ nguyên tử càng chính xác. Tiến sĩ Ramsey gợi ý là phải giam những nguyên tử này trong một loại thiết bị, thay vì để chúng bay tự do. Ý tưởng này đã trở thành nền tảng cho những đóng góp đột phá của Tiến sĩ Kleppner.
Trong một cuộc phỏng vấn năm 2011 cho dự án lịch sử InfiniteMIT, Tiến sĩ Kleppner giải thích ý tưởng đó như thế này: "Nghe có vẻ hơi điên rồ, vì đây là một nguyên tử, và bạn sẽ phải cố gắng quan sát tần số của nó với độ chính xác rất cao. Bạn phải xử lý chúng rất cẩn thận và bạn sẽ để chúng va vào tường và dao động. Nó giống như việc cố gắng xem đồng hồ bằng cách ném chúng qua lại. Nhưng hóa ra đối với nguyên tử hydro, điều này có thể khả thi, và đó là ý tưởng mà chúng tôi theo đuổi."
Thiết bị đo thời gian mà họ xây dựng cùng với H. Mark Goldenberg được gọi là maser hydro. Các nhà khoa học đã công bố kết quả nghiên cứu của họ trên tạp chí Physical Review vào năm 1962. Maser hydro có nhiều ứng dụng thực tế. Nó cho phép xác định thời điểm chính xác các tín hiệu liên lạc, giúp đo khoảng cách giữa các vệ tinh định vị toàn cầu và hiệu chỉnh chúng; nó cho phép tạo ảnh độ phân giải cao trong thiên văn vô tuyến, và nó cải thiện khả năng giao tiếp với tàu thăm dò không gian.
Quảng cáo
Đến giữa những năm 1970, Tiến sĩ Kleppner bắt đầu quan tâm đến việc cố gắng tạo ra một trạng thái vật chất hiếm gặp, được gọi là ngưng tụ Bose-Einstein, trạng thái mà các nhà khoa học hàng đầu trong ngành vật lý đã dự đoán sự tồn tại của nó từ khá lâu trước đó.
Thông thường, nếu các electron trong nguyên tử có cùng hướng hoặc xoay, các nguyên tử không thể hình thành phân tử, chúng sẽ bật ra thay vì liên kết. Nhưng Bose và Einstein cho rằng nếu các nguyên tử được làm lạnh đến nhiệt độ cực thấp và nén lại, chúng sẽ chuyển sang trạng thái năng lượng thấp nhất và trải qua một quá trình gọi là chuyển pha. Sự xoay của electron của chúng sẽ có cùng hướng, và chúng sẽ ngừng hoạt động như những hạt riêng lẻ, mà thay vào đó vận hành như một thực thể lớn duy nhất.
Khi Tiến sĩ Kleppner đọc về lý thuyết này vào năm 1976, ông đã bác bỏ ý tưởng đó, gọi nó là thứ "hoàn toàn vô lý." Nhưng sau một cuộc trò chuyện với đồng nghiệp của mình, chuyên gia vật lý nhiệt độ thấp Tom Greytak, đã thay đổi suy nghĩ của ông. Dựa trên công trình trước đây của mình với maser hydro, Tiến sĩ Kleppner bắt đầu thử nghiệm các cách để tạo ra trạng thái vật chất khó nắm bắt này.
Khi tin tức về nỗ lực của họ lan truyền, các phòng thí nghiệm khác cũng tham gia vào cuộc đua chứng minh ngưng tụ Bose-Einstein. Những nhà khoa học đầu tiên thành công là Eric Cornell và Carl Wieman tại JILA, một viện nghiên cứu ở Colorado, và Wolfgang Ketterle của MIT. Tiến sĩ Ketterle đã học với David Pritchard, người cũng từng là cựu học trò của Tiến sĩ Kleppner. Cả ba người đã được nhận Giải Nobel Vật lý năm 2001 cho thành tựu của họ. Cuối cùng, vào năm 1998, nhóm của Tiến sĩ Kleppner cũng có thể tạo ra ngưng tụ Bose-Einstein.
Theo The New York Times
Quảng cáo
