Việc tìm kiếm thu hẹp một dạng vật chất bí ẩn được dự đoán từ thuyết tương đối đặc biệt của Einstein. Sau hơn một thập kỷ tìm kiếm, các nhà khoa học tại máy va chạm hạt lớn nhất thế giới tin rằng họ đang trên đà tìm thấy nó.
Nhưng các nhà nghiên cứu không tìm kiếm trong ruột các hạt nổ tung với tốc độ gần như nhẹ.
Thay vào đó, các nhà vật lý tại Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC), một vành đai dài 17 dặm (27 km) được chôn dưới lòng đất gần biên giới giữa Pháp và Thụy Sĩ, đang tìm kiếm vật chất bị thiếu, được gọi là ngưng tụ thủy tinh màu, bằng cách nghiên cứu những gì xảy ra khi các hạt không va chạm, mà thay vào đó phóng to qua nhau trong những lần suýt bỏ lỡ.
Trong Mô hình vật lý tiêu chuẩn, lý thuyết mô tả vườn thú của các hạt hạ nguyên tử, 98% vật chất hữu hình trong vũ trụ được giữ lại với nhau bởi các hạt cơ bản gọi là gluon. Những hạt được đặt tên khéo léo này chịu trách nhiệm cho lực kết dính các quark lại với nhau để tạo thành các proton và neutron. Khi các proton được gia tốc đến gần tốc độ ánh sáng, một hiện tượng kỳ lạ xảy ra: Nồng độ của các gluon bên trong chúng trên bầu trời.
Daniel Tapia Takaki, phó giáo sư vật lý và thiên văn học tại Đại học Kansas, cho biết: "Trong những trường hợp này, các gluon chia thành các cặp gluon có năng lượng thấp hơn và các gluon đó tự tách ra sau đó, v.v." "Tại một thời điểm nào đó, sự phân tách gluon bên trong proton đạt đến giới hạn mà sự nhân lên của gluon không còn tăng lên. Trạng thái như vậy được gọi là ngưng tụ thủy tinh màu, một giai đoạn giả định của vật chất được cho là tồn tại ở mức rất cao- proton năng lượng và cũng như trong các hạt nhân nặng. "
Theo Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven, nước ngưng có thể giải thích nhiều bí ẩn chưa được giải quyết của vật lý, như cách các hạt được hình thành trong các vụ va chạm năng lượng cao hoặc cách vật chất được phân phối trong các hạt. Tuy nhiên, xác nhận sự tồn tại của nó đã trốn tránh các nhà khoa học trong nhiều thập kỷ. Nhưng vào năm 2000, các nhà vật lý tại Máy va chạm ion nặng tương đối của Brookhaven đã tìm thấy những dấu hiệu đầu tiên cho thấy nước ngưng thủy tinh màu có thể tồn tại.
Khi phòng thí nghiệm đập vỡ các nguyên tử vàng bị tước electron, họ đã tìm thấy một tín hiệu lạ trong các hạt phát ra từ các vụ va chạm, ám chỉ rằng các proton của các nguyên tử bị kẹt với gluon và bắt đầu tạo thành ngưng tụ thủy tinh màu. Các thí nghiệm tiếp theo với các ion nặng va chạm tại LHC cũng có kết quả tương tự. Tuy nhiên, va chạm các proton với nhau ở tốc độ tương đối tính chỉ có thể thoáng nhìn về phía bên trong của các proton trước khi các hạt hạ nguyên tử phát nổ dữ dội. Gợi ý bên trong các proton có cách tiếp cận nhẹ nhàng hơn.
Khi các hạt tích điện, như proton, được gia tốc lên tốc độ cao, chúng tạo ra trường điện từ mạnh và giải phóng năng lượng dưới dạng photon hoặc hạt ánh sáng. (Nhờ vào bản chất kép của ánh sáng, nó cũng là sóng.) Những rò rỉ năng lượng này từng bị loại bỏ như một tác dụng phụ không mong muốn của máy gia tốc hạt, nhưng các nhà vật lý đã học được những cách mới để sử dụng các photon năng lượng cao này làm lợi thế cho chúng.
Nếu các proton phát ra tiếng rít lướt qua nhau trong máy gia tốc, cơn bão photon mà chúng giải phóng có thể gây ra va chạm proton-on-photon. Những cái gọi là va chạm siêu ngoại vi này là chìa khóa để hiểu được hoạt động bên trong của các proton năng lượng cao.
"Khi một sóng ánh sáng năng lượng cao chạm vào một proton, nó sẽ tạo ra các hạt - tất cả các loại hạt - mà không phá vỡ proton," Tapia Takaki, nói trong một tuyên bố. "Những hạt này được ghi lại bởi máy dò của chúng tôi và cho phép chúng tôi tái tạo lại một bức tranh chất lượng cao chưa từng thấy về những gì bên trong."
Tapia Takaki và sự hợp tác quốc tế của các nhà khoa học hiện đang sử dụng phương pháp này để theo dõi chất ngưng tụ thủy tinh màu khó nắm bắt. Các nhà nghiên cứu đã công bố kết quả nghiên cứu ban đầu của họ trong số tháng 8 của Tạp chí Vật lý Châu Âu C. Lần đầu tiên, nhóm nghiên cứu có thể gián tiếp đo mật độ của gluon ở bốn mức năng lượng khác nhau. Ở cấp độ cao nhất, họ tìm thấy bằng chứng cho thấy một ngưng tụ thủy tinh màu đang bắt đầu hình thành.
Kết quả thử nghiệm "Nhiều rất thú vị, cung cấp thông tin mới về động lực học gluon trong proton, có nhiều câu hỏi lý thuyết chưa được trả lời", Victor Goncalves, giáo sư vật lý tại Đại học Liên bang Pelotas ở Brazil và một đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết trong tuyên bố.
Cho đến nay, sự tồn tại của nước ngưng thủy tinh màu vẫn là một bí ẩn khó nắm bắt.
