Trong quá trình tìm kiếm các hạt và lực mới trong tự nhiên, các nhà vật lý đang săn lùng những hành vi bên trong các nguyên tử và phân tử bị cấm bởi Mô hình Chuẩn của vật lý hạt đã được thử và đúng. Bất kỳ sai lệch nào so với mô hình này đều có thể chỉ ra điều mà các nhà vật lý trìu mến gọi là “vật lý mới”.

Trợ lý giáo sư vật lý của Caltech, Nick Hutzler và nhóm của ông đang theo đuổi những loại sai lệch cụ thể có thể giúp giải quyết bí ẩn tại sao lại có nhiều vật chất đến vậy trong vũ trụ của chúng ta. Khi vũ trụ của chúng ta ra đời khoảng 14 tỷ năm trước, vật chất và đối tác của nó, phản vật chất, được cho là tồn tại ở mức độ ngang nhau.

Thông thường, vật chất và phản vật chất triệt tiêu lẫn nhau, nhưng một số loại bất đối xứng tồn tại giữa các loại hạt khác nhau khiến vật chất chiến thắng phản vật chất. Nhóm của Hutzler sử dụng các thí nghiệm trên bàn để tìm kiếm những vi phạm đối xứng – những hành vi sai lệch của hạt dẫn đến vũ trụ bị vật chất thống trị lệch lạc của chúng ta.

Hiện nay, báo cáo trên tạp chí Physical Review Letters , nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi Chi Zhang, Phó nghiên cứu sinh sau tiến sĩ David và Ellen Lee về Vật lý tại Caltech, đã tìm ra cách cải thiện nghiên cứu của họ bằng cách sử dụng sự vướng víu, một hiện tượng trong vật lý lượng tử trong đó hai các hạt ở xa có thể vẫn được kết nối ngay cả khi không tiếp xúc trực tiếp. Nghiên cứu có tiêu đề "Đo lường tăng cường lượng tử đối với vi phạm đối xứng phân tử bằng cách sử dụng không gian con không có sự trang trí."

Trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp mới để làm vướng víu các mảng phân tử, chúng đóng vai trò là đầu dò để đo sự vi phạm đối xứng. Bằng cách làm vướng víu các phân tử, các mảng trở nên ít nhạy cảm hơn với nhiễu nền có thể gây trở ngại cho thí nghiệm và nhạy hơn với tín hiệu mong muốn.

Hutzler nói: “Nó giống như việc neo một đàn vịt cao su lại với nhau. Nếu bạn muốn đo chuyển động của những chú vịt con trong bồn, chúng sẽ ít nhạy cảm hơn với tiếng ồn nền của nước bắn tung tóe nếu bạn kết nối chúng lại với nhau. Và chúng sẽ nhạy cảm hơn với thứ gì đó mà bạn có thể muốn đo như dòng chảy của nước, một dòng điện vì tất cả chúng sẽ phản ứng lại với nó một cách tập thể."

Zhang nói: “Chúng tôi muốn nhạy cảm với cấu trúc của các phân tử. Điện trường và từ trường không được kiểm soát từ thiết lập thử nghiệm cản trở các phép đo của chúng tôi, nhưng giờ đây chúng tôi có một giao thức mới để làm vướng víu các phân tử theo cách khiến chúng ít nhạy cảm hơn với tiếng ồn.”

Cụ thể hơn, phương pháp mới này có thể được sử dụng để tìm kiếm những độ nghiêng nhỏ của các electron có thể xảy ra khi phản ứng với điện trường bên trong các phân tử. “Những chuyển động quay nhẹ sẽ cho thấy các electron hoặc spin hạt nhân đang tương tác với điện trường, và điều đó bị cấm theo Mô hình Chuẩn” Hutzler nói.

“Các phương pháp tiếp cận khác sử dụng sự vướng víu thường sẽ làm tăng độ nhạy với tiếng ồn,” ông nói thêm. “Chi đã tìm ra cách để giảm tiếng ồn trong khi vẫn mang lại cho chúng tôi độ nhạy khi bị vướng víu.”

Một nghiên cứu thử nghiệm khác gần đây được công bố trên tạp chí Science , do Hutzler và John M. Doyle thuộc Đại học Harvard dẫn đầu, cho thấy các phân tử đa nguyên tử được sử dụng trong các loại nghiên cứu này có những khả năng độc đáo khác để tự bảo vệ chúng khỏi nhiễu điện từ, mặc dù không tăng độ nhạy do vướng víu.

Trong nghiên cứu đó, các nhà nghiên cứu cho thấy họ có thể điều chỉnh độ nhạy của phân tử với các trường bên ngoài và trên thực tế làm cho độ nhạy biến mất, từ đó khiến các phân tử gần như miễn nhiễm với tiếng ồn.

“Với những ưu điểm của sự vướng víu, các nhà nghiên cứu có thể thúc đẩy những thí nghiệm này để thăm dò những lĩnh vực vật lý mới ngày càng kỳ lạ ” Hutzler nói.