Lần đầu tiên các nhà vật lý đã quan sát được các hạt mang điện tích cao có kích cỡ hạt bụi hút và bắt giữ các hạt khác để hình thành nên các cụm hạt.
Để làm như vậy, họ đã sử dụng một dòng hạt rơi tự do để tạo ra môi trường trọng lực thấp và quan sát dòng hạt đó bằng camera ghi hình tốc độ cao (cũng được thả rơi tự do). Thí nghiệm này cho phép họ quan sát các hạt mang điện tương tác tĩnh điện lẫn nhau, chúng có thể chuyển động trong các quỹ đạo của lực hút cũng như lực đẩy, tương tự như quỹ đạo chuyển động của các hành tinh.
“Điều này có thể tương đồng với những giai đoạn sớm nhất của quá trình tạo thành hành tinh, được cho là nhờ va chạm giữa các hạt bụi liên sao”, Giáo sư vật lý Heinrich Jaeger tại trường Đại học Chicago nhận định. “Các vụ va chạm trực diện đơn lẻ thông thường không thể tán xạ đủ năng lượng để khiến các hạt dính liền với nhau”.
GS Jaeger và các đồng nghiệp đã công bố thí nghiệm này trên tạp chí Nature Physics. Từ lâu, các nhà khoa học đã phỏng đoán rằng các tương tác tĩnh điện có thể giúp các hạt va chạm dính liền với nhau thay vì bay tách ra xa. Những thí nghiệm này sẽ cho chúng ta quan sát chi tiết sự tăng trưởng thành cụm bằng việc lần lượt chụp các hạt phần từ riêng biệt thông qua các tương tác tĩnh điện tầm xa.
Những tương tác này là cốt yếu trong nhiều tình huống, từ quá trình đông tụ các chất ô nhiễm không khí cho tới việc co cụm các hạt bụi trong không gian liên sao. Tuy nhiên, một bức tranh toàn cảnh về quá trình tương tác tĩnh điện giúp gắn kết các hạt phần tử vẫn chưa rõ ràng, chủ yếu do thiếu vắng các thí nghiệm trực tiếp, tại chỗ.
Trong một công trình có liên quan, một nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi giáo sư hóa học Karl Freed và giáo sư kỹ thuật phân tử Juan de Pablo vừa mới hoàn thành các tính toán có thể giúp lý giải cho một số kết cấu “phân tử hình hột” mà GS Jaeger và các đồng tác giả với ông quan sát được trong các thí nghiệm của họ.
“Các bài viết của họ đã nêu rõ, rằng chúng ta có thể theo dõi trực tiếp các hiệu ứng với chất liệu hình hột, và điều này cũng có tầm quan trọng lớn đối với các hạt phần tử có kích thước nhỏ hơn rất nhiều, bao gồm colloid, hạt nano, và hạt phân tử”, GS Jaeger nói.
Tác giả: Steve Koppes, University of Chicago
Quý Khải biên dịch