Các nhà khoa học đã thực hiện phép đo phản vật chất chính xác nhất từ trước đến nay và kết quả chỉ làm sâu sắc thêm bí ẩn về lý do tại sao sự sống, vũ trụ và mọi thứ trong đó tồn tại.
Các phép đo mới cho thấy, với độ chính xác cực cao, phản vật chất và vật chất hành xử giống hệt nhau.
Tuy nhiên, những phép đo mới đó không thể trả lời một trong những câu hỏi lớn nhất trong vật lý: Tại sao, nếu các phần vật chất và phản vật chất bằng nhau được hình thành trong Vụ nổ lớn, thì vũ trụ của chúng ta ngày nay được tạo thành từ vật chất?
Vũ trụ cân bằng
Vũ trụ của chúng ta được khẳng định dựa trên sự cân bằng của các mặt đối lập. Đối với mọi loại hạt "bình thường", được tạo thành từ vật chất, có một phản hạt liên hợp có cùng khối lượng có điện tích trái dấu được tạo ra cùng một lúc. Các điện tử có các chất chống chọn lọc hoặc positron đối lập nhau; proton có phản proton; và như thế.
Tuy nhiên, khi các hạt vật chất và phản vật chất gặp nhau, chúng sẽ tiêu diệt lẫn nhau, chỉ để lại năng lượng còn sót lại. Các nhà vật lý cho rằng đáng lẽ phải có một lượng vật chất và phản vật chất tương đương do Big Bang tạo ra, và mỗi thứ sẽ đảm bảo cho sự hủy diệt lẫn nhau của nhau, khiến cho một vũ trụ bé bị trói buộc trong các khối xây dựng của sự sống (hoặc bất cứ thứ gì, thực sự). Tuy nhiên, ở đây chúng ta, trong một vũ trụ được tạo thành gần như toàn bộ vật chất.
Nhưng đây là kicker: Chúng tôi không biết về bất kỳ phản vật chất nguyên thủy nào đã tạo ra nó từ Big Bang. Vậy tại sao - nếu phản vật chất và vật chất hành xử theo cùng một cách - thì một loại vật chất có tồn tại trong Vụ nổ lớn còn loại kia thì không?
Một trong những cách tốt nhất để trả lời câu hỏi đó là đo các tính chất cơ bản của vật chất và liên hợp phản vật chất của nó càng chính xác càng tốt và so sánh các kết quả đó, Stefan Ulmer, nhà vật lý học tại Riken ở Wako, Nhật Bản, người không tham gia vào nghiên cứu mới. nghiên cứu. Nếu có một sai lệch nhỏ giữa các tính chất vật chất và tính chất phản vật chất tương quan, đó có thể là đầu mối đầu tiên để giải quyết vấn đề lớn nhất của vật lý. (Năm 2017, các nhà khoa học đã tìm thấy một số khác biệt nhỏ trong cách hành xử của một số đối tác phản vật chất, nhưng kết quả không đủ mạnh về mặt thống kê để được coi là một khám phá.)
Nhưng nếu các nhà khoa học muốn thao túng phản vật chất, họ phải siêng năng chế tạo nó. Trong những năm gần đây, một số nhà vật lý đã nghiên cứu về chất chống oxy hóa, hay phản vật chất của hydro, bởi vì hydro là "một trong những điều chúng ta hiểu rõ nhất trong vũ trụ", đồng tác giả nghiên cứu Jeffrey Hangst, nhà vật lý tại Đại học Aarhus ở Đan Mạch, nói với Live Science . Việc tạo ra chất chống oxy hóa thường bao gồm việc trộn 90.000 phản proton với 3 triệu positron để tạo ra 50.000 nguyên tử chống hydro, chỉ 20 trong số đó được bắt bằng nam châm trong ống hình trụ dài 11 inch (28 cm) để nghiên cứu thêm.
Bây giờ, trong một nghiên cứu mới được công bố hôm nay (4 tháng 4) trên tạp chí Nature, nhóm của Hangst đã đạt được một tiêu chuẩn chưa từng có: Họ đã thực hiện phép đo chống hydro chính xác nhất - hoặc bất kỳ loại phản vật chất nào - cho đến nay. Trong 15.000 nguyên tử chống hydro (nghĩ rằng thực hiện quá trình trộn đã nói ở trên khoảng 750 lần), họ đã nghiên cứu tần số ánh sáng mà các nguyên tử phát ra hoặc hấp thụ khi chúng nhảy từ trạng thái năng lượng thấp hơn sang trạng thái năng lượng thấp hơn.
Các phép đo của các nhà nghiên cứu cho thấy mức năng lượng của các nguyên tử chống hydro và lượng ánh sáng hấp thụ, đã đồng ý với các đối tác hydro của chúng, với độ chính xác là 2 phần nghìn tỷ, cải thiện đáng kể độ chính xác của phép đo trước đó theo tỷ lệ phần trăm.
"Rất hiếm khi các nhà thực nghiệm quản lý để tăng độ chính xác theo hệ số 100", Ulmer nói với Live Science. Ông nghĩ rằng, nếu nhóm của Hangst tiếp tục công việc thêm 10 đến 20 năm nữa, họ sẽ có thể tăng mức độ chính xác của quang phổ hydro lên thêm 1000 lần nữa.
Đối với Hangst - người phát ngôn cho sự hợp tác ALPHA tại Tổ chức nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN), đã tạo ra những kết quả này - thành tựu này đã được thực hiện trong nhiều thập kỷ.
Bẫy và giữ phản vật chất là một kỳ công lớn, Hangst nói.
"Hai mươi năm trước, mọi người nghĩ rằng điều này sẽ không bao giờ xảy ra", ông nói. "Đó là một chuyến tham quan thử nghiệm để có thể làm điều này."
Kết quả mới rất ấn tượng, Michael Doser, một nhà vật lý tại CERN, người không tham gia vào công việc, nói với Live Science trong một email.
"Số lượng nguyên tử bị bẫy cho phép đo này (15.000) là một sự cải thiện rất lớn đối với các hồ sơ của chính họ chỉ một vài năm trước đây," Doser nói.
Vì vậy, phép đo chính xác nhất của phản vật chất thậm chí cho chúng ta biết điều gì? Thật không may, không nhiều hơn chúng ta đã biết. Như mong đợi, hydro và chống hydro - vật chất và phản vật chất - hành xử giống hệt nhau. Bây giờ, chúng ta chỉ biết rằng chúng giống hệt nhau với số đo phần nghìn tỷ. Tuy nhiên, Ulmer cho biết phép đo 2 phần nghìn tỷ không loại trừ khả năng có thứ gì đó sai lệch giữa hai loại vật chất ở mức độ chính xác thậm chí còn lớn hơn nhiều so với phép đo.
Về phần Hangst, anh ta ít quan tâm đến việc trả lời câu hỏi tại sao vũ trụ vật chất của chúng ta tồn tại như nó không có phản vật chất - thứ mà anh ta gọi là "con voi trong phòng". Thay vào đó, anh và nhóm của mình muốn tập trung vào việc thực hiện các phép đo chính xác hơn nữa và khám phá cách phản vật chất phản ứng với trọng lực - nó rơi xuống như vật chất bình thường, hay nó có thể rơi xuống?
Và Hangst nghĩ rằng bí ẩn có thể được giải quyết trước cuối năm 2018, khi CERN sẽ đóng cửa trong hai năm để nâng cấp. "Chúng tôi có những mánh khóe khác," anh nói. "Giữ nguyên."
