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
Downlaod video thí nghiệm

Các bài khác


Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 6)
17/10/2017
hadron (hadros + on) Người đặt tên: Lev Okun, 1962 Thuật ngữ “hadron” được đặt ra tại Hội nghị Quốc tế về Vật lí Năng
Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 5)
17/10/2017
boson W (weak + boson) Người đặt tên: Lý Chính Đạo và Dương Chấn Ninh, 1960 Là hạt mang lực yếu có mặt trong các tương tác
Chúng ta đã tìm thấy một nửa vũ trụ
15/10/2017
Một nửa lượng vật chất bình thường trong vũ trụ trước đây vắng mặt trong các quan sát mà không ai lí giải được, nay
Giải Nobel Vật Lý 2017 được trao cho việc dò tìm sóng hấp dẫn
09/10/2017
Rainner Weiss, Barry Barish và Kip Thorne chia nhau giải thưởng cho đóng góp của họ ở LIGO. DIVIDE CASTELVECCHI - Nature Ba nhà vật
Làm thế nào tạo ra á kim không chứa kim loại?
22/09/2017
Một loại vật liệu mới gọi là “á kim thung lũng spin” vừa được các nhà vật lí ở Nga, Nhật Bản và Mĩ dự đoán dựa
Thiên văn học là gì?
20/09/2017
Loài người từ lâu đã hướng mắt lên bầu trời, tìm cách thiết đặt ý nghĩa và trật tự cho vũ trụ xung quanh mình. Mặc dù
Một số thông tin thú vị về Mặt trăng
16/09/2017
Mặt trăng là vật thể dễ tìm thấy nhất trên bầu trời đêm – khi nó hiện diện ở đó. Vệ tinh thiên nhiên duy nhất của
Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 4)
27/08/2017
boson (Bose + on) Người đặt tên: Paul Dirac, 1945 Boson được đặt theo tên nhà vật lí Satyendra Nath Bose. Cùng với Albert Einstein,
Vui Lòng Đợi

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