Vật chất và phản vật chất hành xử khác nhau trong LHC

Các hạt vật chất và phản vật chất hành xử khác nhau bên trong một cỗ máy va chạm nguyên tử khổng lồ ở Thụy Sĩ, các nhà vật lí cho biết như thế hôm 24/4 vừa qua. Khám phá này có thể giúp giải thích tại sao vũ trụ của chúng ta chủ yếu được cấu tạo từ vật chất, thay vì người anh em lạ lùng hơn của nó – phản vật chất.

Tất cả những hạt vật chất được cho là có những đối hạt phản vật chất có cùng khối lượng nhưng điện tích và spin thì ngược lại. Khi vũ trụ ra đời lúc 13,8 tỉ năm trước với Vụ Nổ Lớn (Big Bang), có khả năng nó có lượng vật chất và phản vật chất ngang nhau. Đa phần lượng phản vật chất này được cho là đã phân hủy trong các va chạm với vật chất (khi hai hạt gặp nhau, chúng hủy lẫn nhau), và và để lại cho vũ trụ của chúng ta ngày nay một sự át trội của vật chất.

Để tìm hiểu tại sao vật chất lại lấn át phản vật chất, các nhà vật lí tìm kiếm bất kì sự khác biệt nào ở cách hai hạt hành xử có thể lí giải cho sự chênh lệch đó. Những khác biệt này được gọi là vi phạm đối xứng điện tích-chẵn lẻ (vi phạm CP), và đó chính là cái các nhà khoa học vừa tìm thấy bên trong Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) ở Geneva.

Các hạt vật chất và phản vật chất hành xử khác nhau bên trong Máy Va chạm Hadron Lớn

Các hạt vật chất và phản vật chất hành xử khác nhau bên trong Máy Va chạm Hadron Lớn, nơi các hạt va vào nhau ở tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Đây là hình minh họa các va chạm hạt bên trong LHC. Ảnh: MichaelTaylor | Shutterstock

Bên trong tầng hầm chu vi 27 km của LHC, các proton tăng tốc và lao vào nhau, tạo ra những cơn mưa hạt con cháu. Một thí nghiệm tại LHC gọi là LHCb (viết tắt của “LHC beauty”) nghiên cứu những hạt con cháu này để tìm các dấu hiệu của sự vi phạm CP có thể giúp làm sáng tỏ bản chất của phản vật chất.

Sau khi phân tích khoảng 70 nghìn tỉ va chạm proton-proton, LHCb tìm thấy một hạt gọi là meson Bs sinh ra ở dạng vật chất hơi thường xuyên hơn ở dạng phản vật chất của nó. Meson Bs cấu tạo từ một quark đáy (bottom) và một phản quark lạ (strange), còn phản meson Bs cấu tạo từ một phản quark đáy và một quark lạ.

Các meson B hiếm xuất hiện, và 70 nghìn tỉ va chạm bên trong LHC đã tạo ra chỉ khoảng một nghìn hạt khó nắm bắt này. Nhưng số lượng này là đủ để chứng minh một sự dồi dào đáng kể của meson Bvật chất so với phản meson Bs.

Meson Bs là hạt dưới nguyên tử thứ tư được biết có biểu hiện một sự bất đối xứng vật chất-phản vật chất như thế.

Vi phạm CP lần đầu tiên được khám phá ra ở những hạt trung hòa gọi là kaon tại Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven ở Long Island, Mĩ, hồi thập niên 1960. Mất hơn 40 năm các nhà nghiên cứu ở Mĩ và Nhật Bản mới tìm thấy mẫu bất đối xứng tiếp theo này ở hạt meson B0. Sau đó, thí nghiệm LHCb và các thí nghiệm khác đã tìm thấy bằng chứng cho sự vi phạm CP ở hạt meson B+.

Nhưng những trường hợp vi phạm CP này chưa đủ để giải thích sự át trội của vật chất so với phản vật chất trong vũ trụ.

“Chúng ta vẫn còn rất nhiều việc để làm trước khi hiểu ra bản chất đích thực của phản vật chất,” phát biểu của nhà vật lí Tara Shears tại trường Đại học Liverpool ở Anh, một thành viên của nhóm thí nghiệm LHCb. “Chúng tôi biết rằng mình chưa hiểu hết toàn bộ câu chuyện. Chúng tôi chỉ mới bổ sung thêm một thông tin nhỏ thôi – một mảnh ghép trong trò chơi ghép hình, nếu bạn thích nghĩ thế.”

Các nhà nghiên cứu hi vọng sẽ có thêm tiến bộ khi LHC khởi động trở lại vào năm 2015, với năng lượng hoạt động cao hơn, sau đợt nghỉ dưỡng nâng cấp hiện nay của nó.

Khám phá LHCb sẽ được đăng trên tạp chí Physical Review Letters.

Nguồn: Clara Moskowitz (LiveScience)

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
Tạo bảng điểm online

Các bài khác


Cuộc chiến chống phe Trái đất phẳng
31/07/2020
Các nhà vật lí sẽ cảm thấy sốc, nhưng có rất nhiều người trên khắp thế giới vẫn đinh ninh rằng Trái đất là phẳng. Bài
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 94)
29/07/2020
Rầm chữ I 1844 Richard Turner (khoảng 1798–1881), Decimus Burton (1800–1881) Có bao giờ bạn tự hỏi vì sao trong xây dựng người ta
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 93)
29/07/2020
Bảo toàn năng lượng 1843 James Prescott Joule (1818-1889)   “Định luật bảo toàn năng lượng đem lại… thứ gì đó để
Hàng trăm hadron
28/07/2020
Hadron bao gồm proton và neutron quen thuộc cấu tạo nên các nguyên tử của chúng ta, nhưng số lượng chúng còn đông hơn thế
Thí nghiệm LHCb tìm thấy một loại tetraquark mới
24/07/2020
Lần đầu tiên, nhóm hợp tác LHCb tại CERN quan sát thấy một hạt mới lạ được cấu tạo bởi bốn quark duyên (charm
Tìm kiếm một hằng số thích hợp
23/07/2020
Bằng cách đo phông nền vi sóng vũ trụ, sứ mệnh Planck đem lại cho chúng ta giá trị chính xác nhất từ trước đến nay của
Toán học cấp tốc (Phần 18)
22/07/2020
Lí thuyết xác suất Xác suất là một nhánh toán học nghiên cứu việc đo và dự báo khả năng của những kết cục nhất định.
Toán học cấp tốc (Phần 17)
22/07/2020
Các định lí bất toàn của Gödel Các định lí bất toàn của Gödel là hai kết quả nổi bật đã làm thay đổi cách nhìn của

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