Các nhà khoa học cho rằng họ đã tạo ra được giọt chất lỏng nhỏ nhất, kích cỡ chỉ cỡ ba đến năm proton.
Các giọt chất lỏng đó được tạo ra bên trong cỗ máy gia tốc hạt lớn nhất hành tinh, Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) ở Thụy Sĩ, nơi các hạt được gia tốc đến gần tốc độ ánh sáng rồi được lái lao vào nhau. Khi các nhà nghiên cứu cho proton va chạm với hạt nhana chì, họ đã bất ngờ thấy rằng kết quả là những giọt chất lỏng nhỏ xíu, li ti.
Những giọt chất lỏng này khoảng bằng 1/100.000 kích cỡ của một nguyên tử hydrogen hoặc 1/100.000.000 kích cỡ của một con virus tiêu biểu.
Các nhà nghiên cứu xem những giọt ấy là lỏng bởi vì chúng chảy giống với chất lỏng hơn là bất kì trạng thái nào khác của vật chất.
Bên trong LHC, các proton lao vào hạt nhân chì, tạo ra những giọt lỏng nhỏ li ti, cùng với những hạt hạ nguyên tử khác. Các đường xanh lục thể hiện quỹ đạo của những hạt hạ nguyên tử được tạo ra; cột đỏ và cột xanh lam thể hiện năng lượng đo bởi hai bộ nhiệt lượng kế của máy dò CMS. Ảnh: CMS
“Với khám phá này, chúng tôi có vẻ đang nhìn thấy nguồn gốc rất căn bản của hành trạng tập thể,” phát biểu của nhà vật lí Julia Velkovska thuộc trường Đại học Vanderbilt. “Cho dù chúng tôi đang sử dụng chất nào, các va chạm phải đủ mạnh thì mới tạo ra khoảng 50 hạt hạ nguyên tử trước khi chúng tôi bắt đầu nhìn thấy hành trạng tập thể, giống chất lỏng.” Velkovska là một trong những người tham gia chương trình ion nặng của máy dò hạt CMS, thí nghiệm tại LHC nơi các giọt lỏng được tạo ra.
Thật ra, những giọt ấy có vẻ là những mảnh nhỏ xíu của một trong những chất lỏng nóng nhất được biết, gọi là plasma quark-gluon. Plasma này, về cơ bản là một món súp gồm quark và gluon (những thành phần hạ nguyên tử của proton và neutron cấu tạo nên hạt nhân nguyên tử), đã được tạo ra tại LHC và những máy gia tốc hạt khác trước đây.
Khi plasma quark-gluon lần đầu tiên được khám phá ra hồi đầu thập niên 2000 trong Máy va chạm Ion nặng Tương đối tính tại Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven ở Long Island, Mĩ, ban đầu các nhà vật lí nghĩ nó hành xử giống như chất khí. Thay vậy, họ tìm thấy nó có những tính chất giống chất lỏng. Các nhà khoa học nghĩ plasma này tiêu biểu cho trạng thái của toàn vũ trụ ở những thời khắc đầu tiên sau Big Bang, lúc vũ trụ cực kì nóng và đặc..
Plasma quark-gluon nhân tạo đầu tiên được tạo ra bằng cách bắn hai hạt nhân vàng vào nhau, và sau đó được tạo lại với các va chạm của hai hạt nhân chì. Các nhà nghiên cứu CMS muốn kiểm tra xem plasma quark-gluon có được tạo ra bằng cách cho một hạt nhân chì va chạm với một proton hay không (proton có khối lượng bằng 1/208 khối lượng của chì); họ hi vọng những va chạm này sẽ không đủ năng lượng để tạo ra plasma.
“Các va chạm proton-chì nói đại khái giống như là bắn một viên đạn xuyên qua một quả táo, còn các va chạm chì-chì thì giống với hai quả táo lao vào nhau hơn: Trường hợp thứ hai cần năng lượng cao hơn nhiều,” Velkovska nói.
Kết quả của thí nghiệm trên là bất ngờ. Trong khoảng 5% số va chạm – đó không phải những va chạm dữ dội nhất – có đủ năng lượng được giải phóng chỗ “lỗ đạn”, nơi proton lao xuyên vào chì nên một số proton và neutron bị tan chảy. Vật chất này có vẻ tạo ra những giọt lỏng khoảng bằng 1/10 kích cỡ của mẻ plasma quark-gluon tạo ra bởi va chạm chì-chì và va chạm vàng-vàng.
Plasma quark-gluon vẫn còn là một dạng vật chất bí ẩn, và các nhà khoa học chưa thể tuyệt đối chắc chắn rằng cái họ nhìn thấy là những giọt lỏng. Những thử nghiệm bổ sung sẽ giúp phân biệt giữa cách hiểu đó và những lời giải thích có khả năng khác của kết quả trên.
Velkovska và các đồng sự của bà mô tả chi tiết các kết quả của họ trong một bài báo sắp đăng trên tạp chí Physics Letters B.
Nguồn: LiveScience
