Phản vật chất biến đi đâu hết?

  Trong nghiên cứu mới này, được thực hiện bởi thí nghiệm ALPHA tại CERN, lần đầu tiên điện tích của một phản nguyên tử đã được đo với độ chính xác cao. Việc đo điện tích của các nguyên tử phản hydro là một cách để nghiên cứu bất kỳ sự khác biệt nhỏ bé nào giữa vật chất và phản vật chất, điều có thể giải thích cho sự biến mất của phản vật chất trong vũ trụ.

 Trong một bài báo trên tạp chí Nature Communications, thí nghiệm ALPHA công bố một phép đo điện tích của các nguyên tử phản hydro tương đương với giá trị ở mức phần trăm triệu (10-8). Đây là lần đầu tiên điện tích của phản nguyên tử đã được đo với độ chính xác cao và khẳng định kỳ vọng của chúng ta rằng những điện tích của các thành phần của nó, positron và phản proton, là bằng nhau và trái dấu.

 Phản hạt giống hệt với hạt vật chất ngoại trừ các dấu điện tích của chúng. Vì vậy, trong khi các nguyên tử hydro được tạo thành bởi một proton mang điện tích +1 và một electron mang điện tích -1, thì nguyên tử phản hydrog bao gồm một phản proton mang điện tích -1 và một positron mang điện tích +1. Tuy nhiên, chúng ta biết rằng vật chất và phản vật chất không đối lập nhau một cách chính xác tuyệt đối- tự nhiên dường như ưu ái vật chất hơn phản vật chất với tỷ lệ chênh lệch một phần mười tỷ. Nhưng chúng ta không biết lý do tại sao, vì vậy việc quan trọng là đo được các tính chất của phản vật chất có độ chính xác cao: đó là mục tiêu chính của các thí nghiệm của CERN.

 Thí nghiệm ALPHA đạt được điều này bằng cách sử dụng một hệ thống bẫy hạt phức tạp cho phép các nguyên tử phản hydro được sinh ra và giữ lại trong thời gian đủ dài để tiến hành nghiên cứu chi tiết. Việc hiểu được sự bất đối xứng vật chất-phản vật chất là một trong những thách thức lớn nhất trong vật lý hiện nay. Bất kỳ sự khác biệt nào được phát hiện giữa vật chất và phản vật chất đều có thể giúp giải quyết những bí ẩn và mở ra lĩnh vực vật lý mới.

 Để đo điện tích phản hydro, thí nghiệm ALPHA đã nghiên cứu quỹ đạo của các nguyên tử phản hydro thoát ra khỏi bẫy trong một điện trường. Nếu các nguyên tử phản hydro mang điện tích, trường điện này sẽ làm chệch hướng chúng, còn nếu các nguyên tử trung hòa về điện thì chúng không bị lệch đi. Kết quả, dựa trên 386 sự kiện được ghi lại, cho một giá trị điện tích phản hydro là (-1,3 ± 1,1 ± 0,4)×10-8, những con số cộng hoặc trừ thể hiện sự không chắc chắn thống kê và hệ thống trong đo lường.

 Với việc khởi động lại dây chuyền máy gia tốc của CERN được tiến hành, chương trình nghiên cứu phản vật chất của phòng thí nghiệm sẽ sớm tiếp tục. Các thí nghiệm bao gồm: ALPHA-2, một phiên bản nâng cấp của thí nghiệm ALPHA, sẽ lấy dữ liệu cùng với các thí nghiệm ATRAP và ASACUSA và AEGIS, sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của trọng lực trên phản hydro.