Tại sao có vật chất trong vũ trụ của chúng ta?

Các nhà vật lí hạt tại máy gia tốc Tevatron thuộc Fermilab ở Mĩ vừa tìm thấy một kết quả mới hấp dẫn có thể giải thích một trong những bí ẩn lớn của vũ trụ học – tại sao có vật chất trong vũ trụ của chúng ta. Các kết quả thu từ thí nghiệm D0 của Fermilab, thí nghiệm được thiết kế để nghiên cứu những tương tác chính xác của proton và phản proton khi chúng va chạm nhau ở những tốc độ gần với tốc độ ánh sáng.

alt

Máy dò hạt D0 ghi nhận các hạt xuất hiện từ các va chạm proton-phản proton năng lượng cao do Tevatron tạo ra. Với phép đo này của sự vi phạm CP, các nhà khoa học đã phân tích 10 nghìn tỉ va chạm thu thập trong hơn 8 năm qua. (Ảnh: Fermilab)

Các nhà nghiên cứu, đứng đầu là Guennadi Borissov thuộc trường đại học Lancaster ở Anh, đã tìm kiếm một đặc điểm gọi là sự vi phạm điện tích-chẵn lẻ (CP), cái giúp giải thích sự khác biệt cơ bản giữa hành trạng của một hạt và phản hạt của nó. Nó giải thích tại sao vật chất còn sống sót trong vũ trụ sau Big Bang, khi mà vật chất và phản vật chất đã được tạo ra với số lượng như nhau và đúng ra đã phân hủy hoàn toàn.

Để thoáng thấy sự vi phạm CP, nhiều nhà thực nghiệm đã nhìn vào sự phân hủy của các meson tại những thí nghiệm meson xưởng-B lớn, thí dụ như BELLE ở Nhật Bản và BABAR ở Mĩ. Thật vậy, các kết quả cho đến nay phù hợp với những tiên đoán từ Mô hình Chuẩn của ngành vật lí hạt. Tuy nhiên, điều này không đủ để giải thích khuôn khổ trọn vẹn của sự bất đối xứng vật chất – phản vật chất trong vũ trụ và điều này đã duy trì một sự phân chia giữa lí thuyết và thực nghiệm trong ngành vật lí hạt.

Đi tìm sự bất đối xứng

Với nghiên cứu mới nhất này, Borissov và đội của ông cuối cùng đã bắt đầu nhìn thấy một sự bất đối xứng rõ ràng hơn bằng cách nhìn vào sự phân hủy của meson trong hòa, B_s và B_d. Các nhà nghiên cứu tại BELLE và BABAR đã ràng buộc sự vi phạm CP trước đây trong sự phân hủy các meson B_d nhưng chưa bao giờ từng thấy ở các meson B_s – phần lớn là vì họ đã không tiếp cận được những va chạm electron-positron có năng lượng đủ cao để tạo ra những hạt này. Giờ thì điều này đã có thể tại thí nghiệm D0.

Để xem sự vi phạm CP có mặt hay không, các nhà nghiên cứu nhìn vào các sản phẩm phân hủy meson. Một điều rắc rối là các meson trung hòa, như B_s và B_d, có xu hướng dao động giữa hạt và phản hạt của chúng, khiến khó nói meson nào đã phân hủy. Tuy nhiên, đội của Borissov có thể giải đoán rắc rối này bằng cách nhìn vào điện tích của các hạt phân hủy.

“Mỗi meson có thể phân hủy thành một muon, một neutrino và, nói thí dụ, một meson mùi duyên”, Borissov giải thích. Sự bất đối xứng giữa B và phản B khi đó được đo là một tổng điện tích ưu tiên đối với các cặp muon được đo, với sự bất đối xứng được đo cuối cùng lệch khỏi tiên đoán của Mô hình Chuẩn 3,2 độ lệch chuẩn.

Một thí nghiệm khéo léo

Tuy nhiên, Borissov nhấn mạnh rằng quá trình này không đơn giản như vậy, ông cảnh báo rằng nhiều muon còn có thể thu được từ các phân hủy kaon xảy ra trong thí nghiệm. Phông nền này là đáng gờm vì các kaon có sự ưu tiên nhân tạo hơn các phản kaon trong việc phân hủy trong máy dò D0, cho nên có thể phạm sai lầm khi trông thấy một sự bất đối xứng giả đối với các meson B. Sự bất đối xứng trong các mẫu phân hủy kaon đã được đo và loại bỏ.

Terry Wyatt ở trường đại học Manchester, cựu phát ngôn viên cho thí nghiệm D0, được truyền cảm hứng bởi tính mạnh mẽ của những thí nghiệm này. Ông cho biết chỉ có một cơ hội “một trong một nghìn” cho đây là một thăng giáng thống kê. Tuy nhiên, ông cam chắc rằng nghiên cứu thêm sẽ là cần thiết để xác nhận sự sai lệch đó là có thật hay không. “Chúng tôi hi vọng tăng bộ dữ liệu thu thập lên gấp đôi. Ngoài ra, chúng tôi có thể hi vọng những cải tiến trong các kĩ thuật phân tích có thể làm giảm sai số đi nữa”, ông nói.

alt

Phức hợp máy gia tốc Fermilab gia tốc các proton và phản proton đến gần tốc độ ánh sáng. Máy va chạm Tevatron, chu vi đến 4 dặm, sản sinh hàng triệu va chạm proton-phản proton trong mỗi giây, làm tối đa hóa cơ hội khám phá. Hai thí nghiệm, CDF và D0, ghi lại các va chạm để tìm kiếm các dấu hiệu của những hạt mới và các quá trình hạ nguyên tử. (Ảnh: Fermilab)

Có lẽ cơ hội lớn nhất để phát triển những kết quả này sẽ đến tại LHCb ở CERN, một thí nghiệm nền vật lí B khác có thể ghi lại tới 2000 phân hủy meson như thế này trong mỗi giây. “Trong nhiều nghiên cứu, LHCb hi vọng sẽ vượt mặt độ nhạy của các thí nghiệm Tevatron ngay trong lần chạy 2010-11 này của LHC”, phát biểu của Guy Wilkinson, đồng giám đốc vật lí của LHCb.

Nhà nghiên cứu vật lí hạt Tim Gershon ở trường đại học Warwick thì tin rằng các xưởng B như tại Fermilab và CERN là những nơi rất triển vọng để tìm kiếm sự vi phạm CP. “Các kết quả từ CDF lẫn D0 trước đây đều gợi ý những hiệu ứng vật lí mới, gây ra sự hào hứng lớn trong cộng đồng”, ông nói. “Các phép đo từ các xưởng B đặt ra những giới hạn chặt chẽ đối với nhiều sai lệch khả dĩ khỏi Mô hình Chuẩn”.

Nghiên cứu này được mô tả chi tiết trên website của thí nghiệm D0.

Theo physicsworld.com


Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Phi thuyền Parker của NASA sẽ ‘chạm’ đến Mặt Trời
15/08/2018
NASA vừa phóng một phi thuyền lên nghiên cứu khí quyển Mặt Trời và gió mặt trời. Tàu vũ trụ Parker Solar Probe đã cất cánh
Ngưng tụ Bose-Einstein
07/08/2018
Trong số năm trạng thái mà vật chất có thể tồn tại, có lẽ ngưng tụ Bose-Einstein là trạng thái bí ẩn nhất. Trong khi thể
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 16)
31/07/2018
Các lớp vỏ con electron Theo phương trình đã nêu ở phần trước thì các electron thuộc cùng một lớp vỏ có năng lượng y hệt
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 15)
30/07/2018
Tính các mức năng lượng Khi phân tích quang phổ, các nhà vật lí thường phải tính các mức năng lượng gần đúng của electron
Lỗ đen thật ra có thể là lỗ sâu đục đang va chạm
14/07/2018
Khi hai lỗ sâu đục va chạm nhau, chúng tạo ra những gợn lăn tăn trong không-thời gian lan tỏa ra mọi phía. Theo một nghiên cứu
Phải chăng các nhà thiên văn đã tìm thấy khối lượng mất tích của vũ trụ?
10/07/2018
Vào thập niên 1960, các nhà thiên văn bắt đầu để ý thấy Vũ trụ dường như thiếu mất một phần khối lượng. Giữa các quan
Vì sao một số vết nứt đẩy nhau ra?
22/06/2018
Một nghiên cứu lí thuyết về sự lan truyền vết nứt đem lại một lời giải thích cho sự đẩy nhau mà người ta quan sát thấy
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 14)
22/06/2018
Các số lượng tử Số lượng tử chính mô tả mức năng lượng của các lớp vỏ electron không phải là cách duy nhất để chúng

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com