Vật chất và phản vật chất docx

Vật chất và phản vật
chất
Phản vật chất là khái niệm trong vật lý, được cấu tạo từ những phản
hạt cơ bản như phản hạt electron, phản hạt nơtron, Theo lý thuyết, nếu
phản vật chất gặp vật chất thì sẽ nổ tung.
1/Giả thiết giả tưởng
Phản vật chất bắt đầutừ trí tưởngtượng của con người ở những năm 1930.Những
người hâm mộ của bộ phim khoa học giả tưởngnổi tiếng Star Trek("Đườngđến
các vì sao"),đã biết đếnmột loại phản vật chất được sử dụng giốngnhư nhiên liệu
với nănglượngcao để đẩy những chiếc tàu không gian đi nhanhhơn cả vận tốc
ánh sáng. Loại phi thuyền không gian này dường như khôngthể thiết kế được,
nhưng các nhà lý thuyết đã có khả năng biến dạng nhiên liệutưởng tượng ấy thành
hiện thực. Ý tưởng trongtruyện tiểu thuyết đã trở thànhhiện thực bằng việc khám
phá ra sự tồntại của phản vật chất, ở nhữngthiên hàkhoảng cách xavà ở thời
nguyênsinh của vũ trụ.
2/Giả thiết khoa học
Điều thúvị nhất đó là từ trong trí tưởng tượng, phản vật chất trở thànhhiện thực,
và mangtínhthuyết phục. Năm 1928, nhà vậtlý người AnhPaulDirac đã đặt ra
một vấn đề: làm sao để kết hợp các định luật trong thuyết lượng tử vào trong
thuyết tươngđối đặcbiệt của AlbertEinstein.Thông quacác bước tínhtoánphức
tạp, Diracđã vạch địnhra hướngđể tổngquát hóa hai thuyết hoàn toàn riêng rẽ
này. Ôngđã giải thích việc làm sao mọi vật càng nhỏ thì vận tốccàng lớn;trong
trường hợp đó,các electron cóvận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng. Đó là một thành
công đáng kể, nhưng Dirac không chỉ dừng lại ở đó, ông nhận rarằng các bướctính
toáncủa ông vẫn hợplệ nếu electronvừa có thể có điện tích âm, vừa có thể có điện
tích dương- đây là một kết quả ngoài tầmmong đợi.
Dirac biện luậnrằng, kết quả khác thường này chỉ ra sự tồn tại của một"đối hạt",
hay "phản hạt" của electron, chúnghình thànhnên một "cặpma quỷ".Trên thực tế,
ông quả quyết rằng mọi hạt đều có "đối hạt"của nó, cùng với những tính chất
tương đồng, duychỉ có sự đốilập về mặt điện tích. Và giống như proton,neutron
và electron hình thành nên các nguyên tử và vật chất, các phản proton, phản

neutron, phảnelectron(còn được gọi là positron) hình thành nên phản nguyên tử
và phản vậtchất. Nghiên cứu của ông dẫn đếnmột suy đoán rằng có thể tồntại
một vũ trụ ảo tạo bởi các phản vật chất này.
Và dự đoán của ông đã đượckiểm chứng trong thí nghiệm củaCarl Anderson vào
năm 1932,cả haiông đềuđượcgiải Nobelcho thành tựuấy.
Các nhà vật lý đã học đượcnhiều hơn về phản vật chấtso với thời điểm của
Andersonkhám phá ra nó. Mộttrong những hiểu biết mang tínhkịchbản đó làvật
chất vàphản vật chấtkết hợplại sẽ tạo ra mộtvụ nổ lớn. Giốngnhư những cặp
tình nhân gặpnhau trong ngày saucùngvậy, vậtchấtvà phản vật chất ngaylập tức
hút nhaudo có điện tíchngược nhau,và tự phá hủy nhau. Dosự tự huỷ tạo ra bức
xạ,các nhà khoa học cóthể sử dụngcác thiếtbị để đo "tàn dư" của những vụ va
chạmnày. Chưacó một thí nghiệm nàocó khả năngdò ra được các phản thiên hà
và sự trải rộngcủa phản vật chấttrong vũ trụ như trong tưởngtượngcủa Dirac.
Các nhà khoa học vẫngửi các tín hiệu thăm dò để quansát xem có tồntại các phản
thiên hànày haykhông.
Nhưng câu hỏi vẫn làm bối rối các nhà vật lý cũng như những người cótrí tưởng
tượng cao đó là: phải chăng vật chất và phản vật chấttự hủy khichúngtiếp xúc
nhau. Tất cả các thuyết vật lý đều nói rằng khivụ nổ lớn (Big Bang),đánhdấu sự
hình thành ở 13,5 tỉ nămtrước, vậtchất vàphản vật chất có số lượng bằng nhau.
Vật chất và phản vật chất kếthợp lại, và tự hủy nhiều lần, cuối cùngchuyển sang
năng lượng,đượcbiết như dạng bứcxạ phông vũ trụ. Các địnhluật của tự nhiên
đòi hỏi vật chấtvà phản vật chất phảiđược tạo dưới dạng cặp. Nhưng một vài
phần triệu giây sauvụ Nổ Lớn BigBang, vật chất dường như nhiềuhơn so với
phản vật chấtmột chút, do đó cứ mỗi tỉ phản hạtthì lại cómột tỉ + 1 hạt vậtchất.
Tronggiây đầu hình thành vũ trụ, tất cả các phản vật chất bị phá hủy, để lại sau đó
là dạng hạtvật chất. Hiện tại, các nhà vật lývẫn chưa thể tạo ra được một cơ chế
chínhxác để mô tả quá trình"bất đối xứng" haykhácnhau giữavật chất và phản
vật chất để giải thích tại sao tấtcả các vật chất lại đã không bị phá hủy.
3/Bằng chứngvề phản vật chất
Cloud chamber photographbyC.D. Andersonofthe first positroneveridentified.A

6 mm lead plateseparates the upperhalf of the chamberfrom the lower half.The
positronmust havecome from belowsince theupper trackis bent morestrongly
in the magneticfield indicating alower energyMộtsố bằng chứngvề sự tồn tại của
phản vật chấtđã đượcđưa ra. Quantrọng nhất là việc quan sát các phiđạo củacác
hạt sơ cấp trong buồngbọt (bubblechamber).
Thí nghiệmđược tiến hành bởi Carl Anderson vào năm 1932. Ôngđã chụp hình
được một số cặp phi đạobị biến mất ngaykhi gặp nhau. Dữ liệu này đã làm tăng sự
tin tưởngrằng cótồn tại các hạt phản vật chất mà khimột hạt tươngtác với chính
phản hạt cùngloại sẽ triệt tiêu nhauvà sinhnăng lượng.
Năm 1996,Phòngthí nghiệm Fermi, (Chicago,Mỹ) đã tạo ra7 phản nguyên tử
hydro trong một máy gia tốchạt. Có điều các hạt này tồn tại trongthời gian quá
ngắn ngủi, lại chuyểnđộng với tốc độ sát gần ánhsáng,nên khôngthể lưu giữ để
nghiêncứu.
Phản HydroTháng 10 năm 2002, Phòng thí nghiệm vậtlý hạt châu Âu (European
Organizationfor NuclearResearch-CERN)thông báo kết quả thí nghiệm ATRAP,
tiếp nối thí nghiệm ATHENA tháng 9,tạo raphản nguyêntử Hydro từ phản proton
và positron.Kết quả đo mức nănglượng của các phảnhạt trong phản nguyên tử
hydro cho thấy, positronchuyển động trên quỹ đạo kháxa tâm phản proton,dẫn
đến hệ thống này tồn tại hết sức kém bền vững. Để có đượccác phản nguyêntử
(anti-atom)bền vững, toàn bộ thínghiệm cần đặt trong môi trường nhiệtđộ sát
điểm 0tuyệt đối (-273độ C), vì ở nhiệt độ cao, các phản nguyên tử sẽ kết hợpvới
các nguyên tử của môi trường và biến mất ngay lậptức
Lần đầu tiên quan sát biến đổi của
hạt neutrino
Các nhà khoa học cho biết họ đã phát hiện được sự “thay hình đổi
dạng” từ muon neutrino (νμ) biến thành tau neutrino (ντ) của một hạt
neutrino.
Theo các nhà vật lý học thuộcTrung tâm nghiên cứu hạt nhân châu Âu
(CERN),phát hiện trên có ý nghĩa quan trọng giúptìm hiểu sâu hơn về bí mật sự
hình thành vũ trụ.

Neutrino là hạt cơ bản rất quantrọng trong vũ trụ, đặctính vậtlý đặc biệt củanó
luônthuhút sự quantâm sâurộngcủa giới khoahọc. Neutrinotổngcộngcó baloại:
electronneutrino (νe), muonneutrino(νμ), và tau neutrino(νt).
Các nhà khoa học luôn đi tìmchứng cứ trực tiếpvề sự tươngtác và chuyển đổilẫn
nhau củaneutrino.
Năm 2006,CERN bắt đầu thử nghiệm phóng chùmneutrinotới phòng thí nghiệm
Grand-Sasso đặt ở Italy. Các nhà khoa học suy đoán,khi neutrinođược phóng đivà
khi tới phòng thínghiệm Grand-Sasso,mộtsố muon Nneutrino(νμ) sẽ chuyển
biến thành tau neutrino(ντ).
Sau đó các nhà khoahọc đã tiến hành lắpđặt thiết bị quan sát dưới lòng đất trong
phòngthí nghiệm Grand-Sasso để thu thập các số liệu liênquan nhằm xácđịnh
xem muonneutrino(νμ) có thực sự chuyển đổi sangtau neutrino(ντ) haykhông.
Các nhà nghiên cứucho biết, quahơnba năm thực hiện giám sát, cuối cùng họ đã
quan sát được có mộtmuon neutrino(νμ) “thayhình đổidạng” thành tau neutrino
(ντ).
Theo các nhà khoa học, đâylà lần đầu tiên họ tìm thấy chứngcứ trực tiếp về sự
biến động củaloại hạt trên. Phát hiệnnày cóý nghĩa đặc biệt tolớn giúpcho giới
khoa họcgiải thíchnguyên nhântại sao khiđi từ Mặt Trời tới TráiĐất số lượng
neutrinolại ít hơn so với số lượng các hạttheo mô hình chuẩn./.