Buzz
Phản hạt mới được phát hiện, có tên antihyperhydrogen-4, có thể tiết lộ sự mất cân bằng tiềm ẩn giữa nó và đối tác vật chất, điều này giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách vũ trụ của chúng ta ra đời.
Các nhà nghiên cứu vừa công bố một phát hiện nổi bật trong lĩnh vực vật lý học: hạt nhân phản vật chất nặng nhất từng được phát hiện, được gọi là phản hyperhydrogen-4, đã được phát hiện trong các thí nghiệm tại Máy va chạm ion nặng tương đối tính (RHIC) tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven, New York. Kết quả này không chỉ phản ánh sự tiến bộ trong nghiên cứu hạt nhân mà còn mở ra những câu hỏi mới về sự khác biệt giữa vật chất và phản vật chất – yếu tố có thể giải mã một trong những bí ẩn lớn của vũ trụ.
Phản hyperhydrogen-4, gồm một phản proton, hai phản neutron và một phản hyperon (một loại baryon chứa quark kỳ lạ), đã được phát hiện thông qua việc phân tích hơn 6 tỷ vụ va chạm ion nặng tại RHIC. Trong các vụ va chạm này, các nhà khoa học đã tái tạo môi trường giống như ngay sau Vụ Nổ Lớn (Big Bang), khi vật chất và phản vật chất được tạo ra đồng thời nhưng không hoàn toàn hủy diệt lẫn nhau.
Theo mô hình chuẩn của vũ trụ học, vật chất và phản vật chất phải được tạo ra trong vũ trụ sơ khai và tiêu diệt nhau, dẫn đến sự biến mất của cả hai. Tuy nhiên, vũ trụ mà chúng ta đang sống lại đầy ắp vật chất, trong khi phản vật chất lại gần như không tồn tại. Đây là một nghịch lý mà các nhà vật lý đã nghiên cứu suốt nhiều thập kỷ.
Antihyperhydrogen-4 là một phản hạt mới được phát hiện và là phản hạt hypernucleus nặng nhất từng được khám phá. Nó được tạo thành từ một antiproton, hai antineutron và một antilambda1. Phản hạt này được phát hiện lần đầu tiên vào tháng 8 năm 2024 bởi các nhà khoa học từ sự hợp tác STAR (Solenoidal Tracker at RHIC) tại Viện Nghiên cứu Năng lượng Tâm lý Quốc gia Brookhaven, Hoa Kỳ.
Phát hiện mới này cung cấp thêm manh mối để giải đáp bí ẩn tại sao vật chất lại chiếm ưu thế trong vũ trụ. Junlin Wu, đồng tác giả nghiên cứu và nhà vật lý tại Đại học Lan Châu (Trung Quốc), cho biết: "Ngoài việc có điện tích ngược lại, phản vật chất có những tính chất giống hệt vật chất, bao gồm khối lượng, tuổi thọ và cách thức tương tác. Vẫn còn một câu hỏi chưa có lời giải đầy đủ: Tại sao vũ trụ của chúng ta lại bị chi phối bởi vật chất?"
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng RHIC để mô phỏng một "mini Big Bang" bằng cách va chạm các ion nặng – các hạt nhân nguyên tử mất electron – với tốc độ gần như ánh sáng. Những vụ va chạm này tạo ra một "soup plasma" gồm các hạt cơ bản, giống như trạng thái vũ trụ ngay sau Vụ Nổ Lớn.
Thông qua việc phân tích dữ liệu từ hàng tỷ vụ va chạm, các nhà khoa học đã phát hiện khoảng 16 hạt nhân phản hyperhydrogen-4, đánh dấu lần đầu tiên loại hạt này được quan sát. Điều này giúp họ nghiên cứu kỹ lưỡng hơn về sự tồn tại và đặc tính của phản vật chất.
Antihyperhydrogen-4 được tạo ra trong các phản ứng va chạm ion nặng tại Trường Phản ứng Năng lượng Tâm lý Quốc tế (RHIC), nơi các ion nặng được gia tốc gần tốc độ ánh sáng và va chạm vào nhau. Những va chạm này tạo ra "lửa" với nhiệt độ lên tới hàng tỷ độ C, mô phỏng điều kiện vũ trụ ban đầu, nơi có sự xuất hiện của cả vật chất và phản vật chất. Khi lửa này dãn ra và nguội đi, một phần phản vật chất thoát khỏi sự hủy diệt với vật chất và được phát hiện nhờ máy quét STAR.
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng không có sự khác biệt đáng kể về tuổi thọ giữa hyperhydrogen-4 và phản hyperhydrogen-4, củng cố giả thuyết rằng vật chất và phản vật chất có những đặc tính đối xứng. Đây là một phát hiện quan trọng, bởi bất kỳ sự vi phạm nào trong tính đối xứng này có thể yêu cầu chúng ta điều chỉnh các lý thuyết cơ bản hiện tại.
"Nếu chúng ta phát hiện ra sự vi phạm đối xứng trong trường hợp này, điều đó sẽ khiến chúng ta phải xem xét lại rất nhiều khái niệm cơ bản trong vật lý," Emilie Duckworth, đồng tác giả nghiên cứu từ Đại học Kent State, nhấn mạnh.
Antihyperhydrogen-4 có tuổi thọ rất ngắn, chỉ khoảng vài cm trước khi phân hủy. Các nhà khoa học đã phân tích dữ liệu từ khoảng 6,6 tỷ sự kiện va chạm ion nặng và xác định được khoảng 16 phản hạt antihyperhydrogen-4 từ sản phẩm phân hủy của nó, bao gồm antihelium-4 và meson pi+1.
Phát hiện này mở ra hướng nghiên cứu mới, đặc biệt về khối lượng của các phản hạt so với các hạt tương ứng. Việc xác định chính xác khối lượng của phản vật chất có thể cung cấp manh mối quan trọng về cách vũ trụ mà chúng ta đang sống hình thành và phát triển.
Trong tương lai, các nhà khoa học sẽ tiếp tục ứng dụng các công nghệ tiên tiến để khám phá sâu hơn về phản vật chất, với mục tiêu giải mã nguyên nhân của sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất. Điều này không chỉ giúp giải đáp một bí ẩn lớn trong vũ trụ học mà còn tiềm tàng cơ hội mở ra các ứng dụng mới trong công nghệ, năng lượng và khoa học cơ bản.
Việc phát hiện phản hyperhydrogen-4 không chỉ là một bước ngoặt quan trọng trong vật lý hạt nhân mà còn là lời nhắc nhở về hành trình dài dặc trong việc khám phá vũ trụ, với vô vàn điều vẫn chưa được lý giải. Như trong mọi khám phá khoa học, mỗi câu trả lời lại mở ra nhiều câu hỏi mới, đưa chúng ta đến gần hơn với việc hiểu rõ hơn về vị trí của nhân loại trong vũ trụ bao la này.
