Làm sáng tỏ từ tích của phản vật chất

Các nhà khoa học cho biết họ vừa thực hiện những phép đo chính xác nhất từ trước đến nay của từ tích của từng hạt vật chất độc thân và đối hạt phản vật chất ma quỷ của nó.

Hiểu rõ hơn đặc tính của những hạt này có thể giúp các nhà khoa học giải được một trong những bí ẩn gây tranh cãi nhất trong vật lí học: Tại sao vũ trụ của chúng ta do vật chất thống trị chứ không phải phản vật chất?

“Theo các lí thuyết của chúng ta, lượng vật chất và phản vật chất ngang nhau đã được tạo ra trong Big Bang,” nhà vật lí Harvard, Gerald Gabrielse giải thích. “Khi vật chất và phản vật chất gặp nhau, chúng hủy nhau. Khi vũ trụ lạnh đi, bí ẩn lớn phát sinh là: Tại sao toàn bộ vật chất đã không tìm gặp phản vật chất và hủy hết với nhau? Có rất nhiều vật chất và không có phản vật chất sót lại, và chúng ta không biết là tại sao.”

Phản vật chất là những hạt dưới nguyên tử có các tính chất trái ngược với những hạt dưới nguyên tử bình thường

Gabrielse và đội của ông đã ghi ảnh từng phản proton trong một cái bẫy tạo ra bởi những trường điện từ giữ những hạt này lơ lửng tại một chỗ trong vài ba phút, đảm bảo rằng hai hạt không hủy nhau trước khi phép đo được thực hiện. Trong một số thí nghiệm của họ, đội khoa học đã chuyển sang các tầng hầm rộng lớn của phòng thí nghiệm CERN ở Geneva, trong đó các phản proton có thể được sinh ra trong những va chạm năng lượng cao tại Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC).

Bên trong LHC, các proton lao vèo đi ở gần tốc độ ánh sáng trong một vành đai chu vi 27 km dưới lòng đất biên giới giữa Pháp và Thụy Sĩ. Các va chạm hạt trực diện giữa các proton có thể sinh ra những hạt mới lạ, trong đó có hạt boson Higgs nổi tiếng, hạt trên lí thuyết giải thích những hạt khác có được khối lượng của chúng như thế nào.

Bằng cách khảo sát dao động của các proton và phản proton sinh ra, các nhà khoa học đã đo cỡ của từ tích của cả hai loại hạt chính xác hơn bao giờ hết, tăng độ chính xác của phép đo phản proton lên gấp 680 lần.

“Cái chúng tôi muốn làm với những thí nghiệm này là nói ví dụ ‘Hãy lấy một hệ đơn giản – một proton độc thân và một phản proton độc thân – và hãy so sánh các liên hệ đã được dự đoán của chúng, và xem các tiên đoán của chúng ta có đúng hay không,” Gabrielse nói.

Lí thuyết đề xuất rằng các proton và phản proton sẽ hầu như giống hệt nhau về khối lượng và độ lớn của tích (điện tích, từ tích) nhưng chúng sẽ có tích trái dấu. Trong khi những phép đo mới ăn khớp với mô hình này, thì những phép đo tốt hơn của proton và phản proton có thể làm sáng tỏ nguyên do vật chất trở nên át trội trong vũ trụ.

“Cái cũng rất hấp dẫn ở đột phá này là nó lát đường cho chúng tôi tiếp tục bước tiếp trên con đường này,” Gabrielse nói. “Tôi cam đoan rằng, với sự khởi đầu này, chúng tôi đang sắp có thể tăng độ chính xác của những phép đo này lên thêm 1.000 lần hoặc thậm chí 10.000 lần nữa.”

Nghiên cứu được công bố trên số ra ngày 25 tháng 3, 2013 của tạp chí Physical Review Letters.

Nguồn: LiveScience