Buzz
Raimond Snellings nghiên cứu về quark, một trong những khối xây dựng nhỏ nhất của vật chất. Vì lý do mà các nhà vật lý chưa hiểu đầy đủ, quark tồn tại trong vũ trụ của chúng ta chủ yếu dưới dạng nhóm ba, để tạo thành, ví dụ, proton và neutron. Trong nghiên cứu của mình, Snellings thực hiện các thí nghiệm để phá vỡ các nhóm quark - để tìm hiểu tại sao và làm thế nào chúng liên kết với nhau để tạo thành vật chất thông thường thông qua một trong bốn lực cơ bản, lực mạnh.
Với mục tiêu đó, anh và đồng nghiệm của mình đập các ion chì vào nhau tại Large Hadron Collider. Những va chạm này thường xuyên đạt đến nhiệt độ 5,5 triệu độ Celsi, hoặc 10,000 lần nóng hơn hạt nhân của Mặt Trời. Các ion chì phân hủy thành quark cấu thành của chúng - trong một khoảnh khắc. Nếu bạn chia một giây thành 10^23 khung hình, bạn sẽ thấy chất nhờn kết quả, được biết đến là chất plasma quark-gluon, chỉ trong một khung hình. Toàn bộ plasma, nhanh chóng đ凹quay lại thành các hạt baryon thông thường gồm ba quark, nhỏ đến mức có thể dễ dàng chứa trong một vi-rút.
Snellings đang tiến triển tốt trong nghiên cứu về quark của mình khi LHC tắt máy để nâng cấp phần cứng trong hai năm qua từ tháng 12 năm ngoái. Vì vậy bây giờ nhà vật lý đại học Utrecht suy nghĩ về các tín hiệu được tạo ra bởi các máy khổng lồ khác nhau: Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory và đối tác châu Âu của nó, Virgo, với ba cảm biến của họ tại Hoa Kỳ và Ý lắng nghe những làn sóng trong không gian thời gian được tạo ra khi các thi thể thiên văn va chạm. Trong những sóng hấp dẫn được tạo ra bởi ngôi sao neutron, Snellings nghi ngờ rằng anh có thể tìm thấy gợi ý về nguồn gốc của quark - và của vũ trụ chính nó.
Khi nhìn vào lần đầu, ngôi sao neutron dường như không có nhiều liên quan đến sứ mệnh tìm hiểu về quark của Snellings. Các lõi siêu nhỏ của các ngôi sao chết, ngôi sao neutron có trọng lượng thiên văn, đóng gói một lượng vật liệu khoảng bằng trọng lượng của Mặt Trời vào một quả cầu có khoảng diện tích ngang bằng với Chicago. Đôi khi, hai ngôi sao neutron va chạm và hợp nhất để tạo thành một lỗ đen. Vật liệu của ngôi sao neutron có độ chặt chẽ đến mức một muỗng của nó sẽ nặng 10 triệu tấn. Nhiệt độ bề mặt của chúng trung bình khoảng 600,000 độ Celsi, lạnh lẽo so với chất plasma quark-gluon được tạo ra tại LHC.
Nhưng đây là mối liên kết. Nghiên cứu cho rằng ở lõi của ngôi sao neutron, các hạt có thể bị nén đến mức quark không còn hoạt động theo ba. Quark bắt đầu hoạt động độc lập để tạo ra một pha khác của vật chất, được đặt tên là “chất quark.” Như trong điều kiện được kiểm soát nghiêm ngặt bên trong LHC, ngôi sao neutron nên tạo ra các pha quark kỳ lạ không dễ dàng tiếp cận trên Trái Đất. Theo cách này, bạn có thể nghĩ về ngôi sao neutron như là một máy va chạm hạt nhỏ với quy mô thiên văn, theo lời của nhà thiên văn học Jocelyn Read của Đại học California State, Fullerton.
Mục tiêu rộng lớn của các nhà vật lý là vẽ ra những gì xảy ra với quark trên các phạm vi rộng về áp suất và nhiệt độ, theo lời của nhà vật lý Horst Stöcker của Viện Nghiên cứu Nâng cao Frankfurt. Quark thay đổi pha tùy thuộc vào môi trường của chúng, tương tự như nước có thể có dạng chất lỏng, đá và hơi. Các nhà vật lý dự đoán rằng quark nên trải qua nhiều chuyển động pha, nhưng họ không biết chính xác các điều kiện.
Điều này bởi vì các nhà nghiên cứu chỉ hiểu biết xấp xỉ về bản chất của lực mạnh, người quyết định những chuyển động pha đó. Để làm sâu rộng hiểu biết này, họ so sánh kết quả của các thí nghiệm thực tế và các mô phỏng dựa trên lý thuyết của lực mạnh, được biết đến là lý thuyết quang động lượng học. Các mô phỏng này bao gồm các phương trình toán học mô tả cách lực mạnh liên kết quark với nhau bằng các hạt gọi là gluon. Nhưng lý thuyết chính nó rất phức tạp toán học và việc tính toán số liệu đòi hỏi máy tính công suất cao: Ngay cả các mô phỏng quark đơn giản có thể đòi hỏi máy tính siêu vi.
Tuy nhiên, va chạm của ngôi sao neutron có thể mang lại gợi ý về những thay đổi trong pha này. Trước khi các ngôi sao neutron hợp nhất, mỗi ngôi sao kéo lẻo nhau thông qua sức hấp dẫn của lực hấp dẫn, giống như mặt trăng tạo ra các triều cường trên Trái Đất. Sức hấp dẫn mạnh mẽ này làm biến dạng ngôi sao neutron, thay đổi hình dạng của chúng. Khi sóng hấp dẫn từ một va chạm lan tỏa ra khắp vũ trụ và cuối cùng đăng ký trên một máy đo dựa trên Trái Đất, các nhà nghiên cứu có thể sử dụng chúng để ước lượng mức độ mà các ngôi sao đã bị căng hoặc bị ép, theo lời của Read. Những thay đổi đó cho phép các nhà khoa học suy luận về tính chất vật liệu của ngôi sao, chỉ đến các pha của vật chất trong bên trong chúng.
Cho đến nay, LIGO và Virgo chỉ xác nhận việc phát hiện một sóng hấp dẫn từ nguồn ngôi sao neutron. Nhưng kể từ khi các đài quan sát bắt đầu chuỗi quan sát mới nhất của họ vào tháng 4, các nhà nghiên cứu đã nhận được ba tín hiệu khác có thể đến từ ngôi sao neutron: hai va chạm có thể giữa các cặp ngôi sao neutron và một tín hiệu giống như một lỗ đen nuốt một ngôi sao neutron. Khi các đài quan sát nhận thêm hoạt động của ngôi sao neutron, các nghiên cứu có thể tìm kiếm sự thay đổi pha quark bằng cách so sánh các sự kiện khác nhau, theo lời của Read. Ví dụ, họ có thể nghiên cứu làm thế nào kích thước vật lý của ngôi sao neutron thay đổi theo khối lượng của chúng. “Nếu ngôi sao khối lượng thấp có bán kính lớn hơn, và rồi đột ngột, những ngôi sao khối lượng cao nhảy lên một bán kính nhỏ hơn, đó có thể là một dấu hiệu cho thấy có điều gì đó thực sự gây ra chuyển động mạnh mẽ với chất trong lõi của chúng,” cô nói.
Các nhà vật lý cũng muốn sử dụng máy va chạm hạt nhỏ để mô phỏng điều kiện ngôi sao neutron trên Trái Đất, theo lời của Stöcker. Để đạt được mục tiêu này, anh đang làm việc để xây dựng Cơ sở Nghiên cứu Antiproton và Ion tại Đức, dự kiến bắt đầu hoạt động vào khoảng năm 2024. Cơ sở sẽ chứa một máy va chạm ion ở nhiệt độ thấp hơn so với LHC, để mô phỏng lõi của ngôi sao neutron.
Cuối cùng, những nghiên cứu này có thể giúp tiết lộ cách vũ trụ đã trở nên như hiện tại, theo lời của Snellings. Các nhà vật lý đồng thuận nói chung rằng khoảng 13,7 tỷ năm trước, vũ trụ bao gồm chất plasma quark-gluon nóng và chặt chẽ. Để tập hợp thành vật chất cuối cùng sẽ tạo nên Trái Đất và hệ Mặt Trời của chúng ta, vật liệu đó sẽ phải trải qua các chuyển động pha tương tự như vật liệu mà nhóm của anh đã tạo ra tại LHC. Những chuyển động pha, trong thời gian đó, cũng cần phải tuân theo các quy tắc nhất định về cấu trúc chất của ngôi sao neutron. Bằng cách nghiên cứu các tương tác cơ bản của quark hiện tại, các nhà vật lý có thể giúp khám phá quá khứ của chúng ta.
Những điều Tuyệt vời khác trên Mytour
- Bụi trăng có thể làm mờ những hoài bão mặt trăng của chúng ta
- Khi thế giới VR xã hội phát triển, người dùng là những người xây dựng thế giới của nó
- Sự phức tạp của Bluetooth đã trở thành một rủi ro an ninh
- Tôi tức giận về những email tự động lừa dối của Square
- Bên trong hoạt động giám sát khổng lồ của Trung Quốc
- 🏃🏽♀️ Muốn có những công cụ tốt nhất để trở nên khỏe mạnh? Kiểm tra các lựa chọn của đội Gear của chúng tôi cho bộ theo dõi sức khỏe tốt nhất, đồ chạy bộ (bao gồm giày và tất), và tai nghe tốt nhất.
- 📩 Nhận thêm nhiều thông tin bên trong của chúng tôi với bản tin hàng tuần Backchannel của chúng tôi
