Thí nghiệm xác nhận proton và phản proton là ảnh qua gương của nhau

Trong một thí nghiệm kiểm tra chặt chẽ một tính chất cơ bản của mô hình chuẩn của ngành vật lí hạt sơ cấp, gọi là đối xứng CPT, các nhà nghiên cứu thuộc nhóm hợp tác BASE do phòng thí nghiệm RIKEN chỉ đạo tại CERN đã tiến hành những phép đo chính xác nhất từ trước đến nay của tỉ số điện-tích-trên-khối-lượng của các proton và phản hạt của chúng.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature, được tiến hành với Máy giảm tốc Phản Proton của CERN, một dụng cụ cung cấp các phản proton năng lượng thấp cho các nghiên cứu phản vật chất.

Bất biến CPT – cái thí nghiệm trên muốn đo – có nghĩa là một hệ vẫn giữ nguyên như cũ nếu ba tính chất cơ bản bị đảo ngược lại – C (điện tích) phân biệt vật chất với phản vật chất, P (tính chẵn lẻ) hàm ý một phép lật 180 độ trong không gian, và T (thời gian). Bất biến CPT là một trụ cột nền tảng của mô hình chuẩn, và nó hàm ý rằng các hạt phản vật chất phải là ảnh qua gương hoàn hảo của vật chất, chỉ khác là điện tích trái dấu.

Sơ đồ mặt cắt của hệ thống bẫy Penning mà đội BASE sử dụng.

“Đây là một vấn đề quan trọng,” phát biểu của Stefan Ulmer, người đứng đầu nghiên cứu trên, “vì nó giúp chúng ta hiểu được tại sao chúng ta sống trong một vũ trụ trên thực tế chẳng có phản vật chất, bất chấp sự thật là Vụ Nổ Lớn phải đưa đến sự ra đời của cả hai loại hạt. Nếu chúng ta tìm thấy các vi phạm CPT, thì nó sẽ có nghĩa là vật chất và phản vật chất có thể có những tính chất khác nhau – chẳng hạn như phản proton có thể phân hủy nhanh hơn proton – nhưng cái chúng tôi tìm thấy trong giới hạn khá chặt chẽ là tỉ số điện-tích-trên-khối-lượng của chúng là bằng nhau.”

Để tiến hành nghiên cứu trên, đội khoa học đã sử dụng một bố trí tương tự như cái được nhóm hợp tác TRAP phát triển hồi thập niên 1990. Họ thu nhận các phản proton và các ion âm hydrogen – là hạt trung chuyển cho proton – từ Máy giảm tốc Phản Proton, rồi sau đó cho bắt giữ các cặp phản proton độc thân-ion hydrogen trong một bẫy từ Penning, làm giảm tốc chúng xuống năng lượng cực thấp. Sau đó, họ đo tần số cyclotron của các cặp hạt – một phép đo cho phép các nhà khoa học xác định tỉ số điện-tích-trên-khối-lượng – và so sánh chúng để biết chúng gần nhau như thế nào. Tổng cộng họ đã đo chừng 6500 cặp hạt trong khoảng thời gian 35 ngày.

“Cái chúng tôi tìm thấy,” Ulmer nói, “là tỉ số điện-tích-trên-khối-lượng y hệt nhau với sai số chỉ 69 phần nghìn tỉ.” Phép đo này có độ phân giải năng lượng cao gấp bốn lần các phép đo trước đây của các cặp proton-phản proton, và đặt thêm ràng buộc với khả năng của các vi phạm của bất biến CPT. “Cuối cùng,” ông nói, “chúng tôi lên kế hoạch thu lấy các phép đo chính xác hơn ít nhất mười hoặc một trăm lần so với tiêu chuẩn hiện nay.”

Nghiên cứu trên cũng có các hàm ý với cái gọi là nguyên lí tương đương yếu – quan điểm rằng tất cả các hạt sẽ bị ảnh hưởng bởi trọng lực theo kiểu giống nhau, bất kể khối lượng và điện tích của chúng. Đội khoa học đã sử dụng các kết quả của họ tính được trong phạm vi sai số một phần triệu rằng phản vật chất và vật chất hành xử với trọng lực theo kiểu giống nhau.

Theo thành viên đội BASE, Christian Smorra, “Có nhiều lí do để tin vào nền vật lí vượt ngoài mô hình chuẩn, bao gồm cả bí ẩn của vật chất tối và, tất nhiên, sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất. Những phép đo chính xác cao này đặt ra những ràng buộc quan trọng mới và sẽ giúp chúng ta xác định hướng đi của nghiên cứu trong tương lai.”

Nguồn: Nature, DOI: 10.1038/nature14861

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


250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 44)
20/08/2019
Lực ma sát Amontons 1669 Guillaume Amontons (1663–1705), Leonardo da Vinci (1452–1519), Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806) Ma sát là lực
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 43)
20/08/2019
Micrographia 1665 Robert Hooke (1635-1703) Mặc dù kính hiển vi đã có mặt kể từ cuối thế kỉ 16, nhưng việc nhà khoa học người
CERN xác nhận ánh sáng có thể tán xạ bởi ánh sáng
19/08/2019
Tán xạ photon-photon là quá trình điện động lực học lượng tử lần đầu tiên đã được xác nhận thực nghiệm đến độ
11 câu hỏi lớn về vật chất tối vẫn chưa được trả lời
18/08/2019
Vào thập niên 1930, một nhà thiên văn Thụy Sĩ tên là Fritz Zwicky để ý thấy các thiên hà trong một đám thiên hà ở xa đang quay
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 18)
18/08/2019
CÂU CHUYỆN ĐẠO ĐỨC Có mọi ước muốn trở thành sự thật là cái gì đó mà chỉ một điều thần tính mới có thể hoàn
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 17)
18/08/2019
ĐẠI DIỆN và THAY THẾ Trong phim "Surrogates", Bruce Willis đóng vai một điệp viên FBI đang điều tra những vụ giết người bí ẩn.
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 42)
16/08/2019
Định luật chất khí Boyle 1662 Robert Boyle (1627-1691) “Marge, sao thế em?” Homer Simpson hỏi khi để ý thấy cơn đau của bà vợ
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 41)
16/08/2019
Máy phát tĩnh điện Von Guericke 1660 Otto von Guericke (1602–1686), Robert Jemison Van de Graaff (1901–1967) Nhà sinh lí học thần kinh

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