RHIC tạo ra phản helium-4: phản hạt nhân nặng nhất

Các nhà vật lí vừa thành công trong việc tạo ra một dạng phản vật chất mới thuộc loại nặng nhất và phức tạp nhất mà người ta từng thấy. Hạt nhân phản helium, mỗi hạt chứa hai phản proton và hai phản neutron, đã được tạo ra và phát hiện tại Máy Va chạm Ion Nặng Tương đối tính (RHIC) ở Upton, New York.

Các phản hạt có điện tích trái dấu với các hạt vật chất bình thưởng (phản neutron trung hòa điện thì cấu tạo gồm những phản quark có điện tích trái dấu với đối tác quark bình thường của chúng). Chúng hủy khi tiếp xúc với vật chất, khiến rất khó tìm và làm việc với chúng. Cho đến gần đây, đơn vị phức tạp nhất của phản vật chất từng được trông thấy là đối tác của hạt nhân helium-3, hạt nhân chứa hai proton và một neutron.

Nhưng các thí nghiệm tại RHIC đang làm thay đổi điều đó. RHIC cho va chạm những hạt nhân nguyên tử nặng như chì và vàng để tạo ra những quả cầu lửa vi mô, trong đó năng lượng được gói ghém chật đến mức nhiều hạt mới có thể được tạo ra.

Hồi năm ngoái, RHIC đã công bố việc tạo ra một biến thể mới của phản vật chất. Gọi là phản hypertriton, nó gồm một phản proton, một phản neutron, và một hạt không bền gọi là phản lambda. Phản hypertriton khi đó là phản hạt nặng nhất được biết tới, nhưng 18 hạt nhân phản helium-4 được trông thấy tại RHIC lần này đã phá kỉ lục đó.

Phản bảng tuần hoàn hóa học

“Chúng đã đưa chúng ta tiến lên nguyên tố tiếp theo trong phản bảng tuần hoàn hóa học”, phát biểu của Frank Close thuộc trường Đại học Oxford ở Anh.

Nhưng ông cho biết thêm, “Nó không đưa chúng ta tiến gần hơn đến câu hỏi lớn là vì sao vũ trụ quy mô lớn lại không chứa đầy phản vật chất?” Thật vậy, các lí thuyết chính thống cho biết vật chất và phản vật chất đã được tạo ra với lượng ngang nhau vào những thời khắc đầu tiên của vũ trụ, nhưng vì những lí do chẳng rõ, vật chất đã chiếm ưu thế.

Minh họa 3D của Buồng chiếu thời gian STAR cho thấy đường đi của hạt nhân phản helium-4.

Một thí nghiệm gọi là Quang phổ kế Từ tính Alpha (AMS), sắp phóng lên Trạm Vũ trụ Quốc tế vào tháng 4 tới, sẽ nỗ lực đi tìm đáp án cho vấn đề đó. Người ta biết phản proton xuất hiện tự nhiên với số lượng nhỏ trong số những hạt năng lượng cao gọi là tia vũ trụ chạm tới Trái đất.

AMS sẽ tìm kiếm những phản hạt nặng hơn. Nhưng nếu phản helium chỉ được tạo ra hiếm hoi trong các va chạm, như RHIC cho thấy, thì AMS sẽ không phát hiện ra phản helium. Nếu nó tìm thấy hàm lượng cao hơn của phản helium, thì điều đó có thể ủng hộ một lí thuyết cho rằng phản vật chất không bị phân hủy hoàn toàn trong vũ trụ sơ khai, mà chỉ bị tách riêng ra ở một bộ phận khác của vũ trụ, nơi nó không tiếp xúc với vật chất.

Nguyên tố phản vật chất nặng nhất tiếp theo, phản lithium, trên lí thuyết có thể hình thành phản vật chất dạng rắn ở nhiệt độ phòng – nhưng nó sẽ khó tạo ra hơn. Đội RHIC tính được rằng phản lithium sẽ xuất hiện trong các va chạm của họ với tỉ lệ chưa tới một phần triệu so với phản helium, khiến nó nằm ngoài tầm với của các máy va chạm hiện nay.

Tham khảo: arxiv.org/abs/1103.3312

Nguồn: New Scientist