Phản Vật Chất Là Gì?

Thảo luận trong 'Cuộc Sống' bắt đầu bởi Nguyệt Lam, 24 Tháng sáu 2021.

  1. Nguyệt Lam

    Nguyệt Lam Active Member

    Bài viết:
    Tìm chủ đề
    1,002
    Phản vật chất là một trong những khám phá vật lý thú vị nhất của thế kỷ 20. Được các nhà văn hư cấu như Dan Brown tiếp thu, nhiều người nghĩ đó là một ý tưởng lý thuyết "ngoài kia" - mà không biết rằng nó thực sự đang được sản xuất hàng ngày. Hơn nữa, nghiên cứu về phản vật chất đang thực sự giúp chúng ta hiểu được cách hoạt động của vũ trụ.

    Phản vật chất là một vật chất bao gồm cái gọi là phản hạt. Người ta tin rằng mỗi hạt chúng ta biết đều có một phản vật chất đồng hành hầu như giống hệt với chính nó, nhưng mang điện tích ngược lại. Ví dụ, một electron mang điện tích âm. Nhưng phản hạt của nó, được gọi là positron, có cùng khối lượng nhưng mang điện tích dương. Khi một hạt và phản hạt của nó gặp nhau, chúng tiêu diệt lẫn nhau - biến mất trong một vụ nổ ánh sáng.

    [​IMG]

    Những hạt như vậy lần đầu tiên được tiên đoán bởi nhà vật lý người Anh Paul Dirac khi ông đang cố gắng kết hợp hai ý tưởng vĩ đại của vật lý hiện đại thời kỳ đầu: Thuyết tương đối và cơ học lượng tử. Trước đây, các nhà khoa học đã bị bối rối bởi thực tế rằng dường như dự đoán rằng các hạt có thể có năng lượng thấp hơn so với khi chúng ở trạng thái "nghỉ ngơi" (tức là hầu như không làm gì cả). Điều này dường như là không thể vào thời điểm đó, vì nó có nghĩa là năng lượng có thể là tiêu cực.

    Tuy nhiên, Dirac chấp nhận rằng các phương trình nói với ông rằng các hạt thực sự đang lấp đầy cả một "biển" các năng lượng thấp hơn này - một vùng biển cho đến nay vẫn không thể nhìn thấy đối với các nhà vật lý vì họ chỉ nhìn "trên bề mặt". Ông hình dung rằng tất cả các mức năng lượng "bình thường" tồn tại đều được tính bằng các hạt "bình thường". Tuy nhiên, khi một hạt nhảy lên từ trạng thái năng lượng thấp hơn, nó xuất hiện như một hạt bình thường nhưng để lại một "lỗ", đối với chúng ta, nó xuất hiện như một hạt hình ảnh phản chiếu kỳ lạ - phản vật chất.

    Bất chấp những hoài nghi ban đầu, các ví dụ về các cặp hạt-phản hạt này đã sớm được tìm thấy. Ví dụ, chúng được tạo ra khi các tia vũ trụ chiếu vào bầu khí quyển của Trái đất. Thậm chí còn có bằng chứng cho thấy năng lượng trong giông bão tạo ra phản electron, được gọi là positron. Chúng cũng được tạo ra trong một số quá trình phân rã phóng xạ, một quy trình được sử dụng trong nhiều bệnh viện trong máy quét Positron Emission Tomography (PET), cho phép chụp ảnh chính xác bên trong cơ thể người. Ngày nay, các thí nghiệm tại Máy va chạm Hadron Lớn (LHC) cũng có thể tạo ra vật chất và phản vật chất.

    [​IMG]

    Bí ẩn vật chất-phản vật chất

    Vật lý dự đoán rằng vật chất và phản vật chất phải được tạo ra với số lượng gần như bằng nhau, và điều này đã xảy ra trong vụ nổ Big Bang. Hơn nữa, người ta dự đoán rằng các định luật vật lý sẽ giống nhau nếu một hạt được hoán đổi cho nhau với phản hạt của nó - một mối quan hệ được gọi là đối xứng CP. Tuy nhiên, vũ trụ mà chúng ta thấy dường như không tuân theo những quy tắc này. Nó gần như hoàn toàn được tạo ra từ vật chất, vậy tất cả các phản vật chất đã đi đâu? Nó là một trong những bí ẩn lớn nhất trong vật lý cho đến nay.

    Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng một số quá trình phân rã phóng xạ không tạo ra một lượng phản hạt và hạt bằng nhau. Nhưng nó không đủ để giải thích sự chênh lệch giữa lượng vật chất và phản vật chất trong vũ trụ. Do đó, các nhà vật lý như tôi tại LHC, trên ATLAS, CMS và LHCb, và những người khác đang làm thí nghiệm với neutrino như T2K ở Nhật Bản, đang tìm kiếm các quá trình khác có thể giải thích câu đố.

    Các nhóm nhà vật lý khác như Alpha Collaboration tại CERN đang nghiên cứu ở năng lượng thấp hơn nhiều để xem liệu các đặc tính của phản vật chất có thực sự là tấm gương phản chiếu các đối tác vật chất của họ hay không. Kết quả mới nhất của họ cho thấy phản nguyên tử hydro (được tạo thành từ phản proton và phản điện tử, hay positron) trung hòa về điện với độ chính xác nhỏ hơn một phần tỷ điện tích của điện tử. Kết hợp với các phép đo khác, điều này ngụ ý rằng positron bằng và ngược chiều với điện tích của electron tốt hơn một phần tỷ - xác nhận điều được mong đợi ở phản vật chất.

    [​IMG]

    Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều bí ẩn. Các thí nghiệm cũng đang tìm hiểu xem liệu lực hấp dẫn có ảnh hưởng đến phản vật chất giống như cách nó ảnh hưởng đến vật chất hay không. Nếu những đối xứng chính xác này bị phá vỡ, nó sẽ đòi hỏi phải sửa đổi cơ bản những ý tưởng của chúng ta về vật lý, không chỉ ảnh hưởng đến vật lý hạt mà còn ảnh hưởng đến sự hiểu biết của chúng ta về lực hấp dẫn và thuyết tương đối.

    Bằng cách này, các thí nghiệm phản vật chất cho phép chúng ta đưa hiểu biết của mình về các hoạt động cơ bản của vũ trụ vào các cuộc thử nghiệm mới và thú vị. Ai biết chúng ta sẽ tìm thấy gì?
     

Chia sẻ trang này

Đang tải...