Phát hiện mới có thể dẫn tới bí ẩn về sự tồn tại của vũ trụ

20:26 19/06/2021
Khi phân tích dữ liệu từ Máy gia tốc hạt lớn tại Viện nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN), các nhà vật lý thuộc Đại học Oxford (Anh) vừa phát hiện một loại hạt hạ nguyên tử có thể chuyển đổi trạng thái giữa hạt vật chất và hạt phản vật chất.

Phát hiện này cho thấy sự khác biệt rất nhỏ về khối lượng không thể hiểu được giữa hai hạt có thể đã cứu vũ trụ khỏi bị hủy diệt ngay sau khi nó bắt đầu được hình thành. 

Phản vật chất là "người anh em sinh đôi  ma quái" của vật chất bình thường, nhưng nó giống vật chất một cách đáng ngạc nhiên - trên thực tế, điểm khác biệt thực sự duy nhất là phản vật chất  mang điện tích ngược với điện tích của vật chất. 

Điều đó có nghĩa là nếu một hạt vật chất và một hạt phản vật chất tiếp xúc với nhau, chúng sẽ hủy diệt lẫn nhau và tạo ra một vụ nổ phát sinh năng lượng.

Hai hạt sẵn sàng va chạm nhau để tạo ra một hình ảnh nghệ thuật khác.

Càng phức tạp và khó hiểu hơn khi biết rằng một số hạt, chẳng hạn như hạt photon, thực sự  lại là phản hạt của chính chúng. Những loại hạt khác thậm chí còn được coi là tồn tại như một hỗn hợp kỳ lạ của cả hai trạng thái cùng một lúc, do có sự chồng chất lượng tử ngẫu nhiên (được minh họa một cách nổi tiếng nhất qua thí nghiệm về suy nghĩ của con mèo của Schrodinger - một thí nghiệm tưởng tượng, đôi khi được gọi là nghịch lý do nhà vật lý học người Ireland gốc Áo Erwin Schrodinger nghĩ ra vào năm 1935 khi tranh luận với nhà vật lý học vĩ đại Albert Einstein về cách hiểu Copenhagen trong cơ học lượng tử). Điều đó có nghĩa là những hạt này thực sự dao động giữa vật chất và phản vật chất.

Và như vậy cho đến nay, các nhà khoa học đã phát hiện thêm một loại hạt nhân mới có thể chuyển đổi từ vật chất thành phản vật chất và ngược lại - hạt mezon quyến rũ (charm meson). 

Loại hạt hạ nguyên tử này thường được tạo thành từ một hạt quark quyến rũ (charm quark) và một hạt phản vật chất lên (up untiquark), trong khi phản vật chất tương đương của nó bao gồm một hạt phản quark quyến rũ (charm antiquark) và một hạt quark lên (up quark).

Thông thường những trạng thái đó được duy trì riêng biệt, nhưng nghiên cứu mới cho thấy các hạt meson quyến rũ có thể chuyển đổi một cách tự nhiên giữa hai trạng thái này. 

Mấu chốt của bí mật này chính là ở chỗ khối lượng hơi khác nhau của loại hạt meson quyến rũ khi ở hai trạng thái đối nghịch nhau (vật chất và phản vật chất). Và chúng ta cần hiểu rằng "hơi" khác nhau ở đây là mức cực nhỏ.

Hình minh họa làm nổi bật sự khác biệt về khối lượng giữa hai phiên bản của hạt meson quyến rũ (charm meson) .

Phép đo cực kỳ chính xác này được thu thập từ dữ liệu thu được trong lần chạy thứ hai của Máy gia tốc hạt lớn, được thực hiện bởi các nhà vật lý của Đại học Oxford. 

Các hạt meson quyến rũ được tạo ra tại Máy gia tốc hạt lớn khi cho các hạt proton va chạm với nhau, và thông thường các hạt này chỉ di chuyển được vài mm trước khi bị phân rã thành các hạt khác. 

Bằng cách so sánh các hạt meson quyến rũ có xu hướng di chuyển xa hơn so với những hạt phân rã sớm hơn, nhóm các nhà nghiên cứu đã xác định được sự khác biệt về khối lượng là yếu tố chính dẫn đến việc một hạt meson quyến rũ  (charm meson) có biến thành một hạt phản  meson quyến rũ (anti-charm meson) hay không.

Phát hiện này có thể  giải thích về bí ẩn lớn của vũ trụ. Theo Mô hình chuẩn của vật lý hạt nhân, Vụ Nổ Lớn (Big Bang) sinh ra vũ trụ cách đây khoảng 13,8 tỷ năm lẽ ra phải tạo ra vật chất và phản vật chất với lượng ngang bằng nhau, và theo thời gian, tất cả sẽ va chạm và triệt tiêu lẫn nhau, khiến vũ trụ trở thành một nơi trống rỗng. Rõ ràng là điều đó đã không xảy ra, và bằng cách nào đó, vật chất đã chiếm ưu thế, nhưng điều gì đã gây ra sự mất cân bằng như vậy?

Từ khám phá mới nói trên, người ta nêu ra giả thiết rằng các hạt như hạt meson quyến rũ  (charm meson) chuyển từ trạng thái phản vật chất sang trạng thái vật chất thường xuyên hơn là chúng chuyển từ  vật chất thành phản vật chất. 

Việc nghiên cứu xem điều đó có đúng không - và nếu có thì tại sao - có thể là manh mối chính mở ra một trong những bí ẩn lớn nhất của khoa học, đó chính là sự tồn tại của vũ trụ.

Phạm Thảo (Theo New Atlas)