Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 23)

Vật chất tối

Mặc dù vật lí học đã sải những bước dài trong thế kỉ vừa qua, nhưng có một thực tế nổi cộm là toàn bộ vật chất khả kiến chỉ chiếm 4,9 phần trăm khối lượng và năng lượng trong Vũ trụ. Phần còn lại thì hoàn toàn không rõ, song nó được choán bởi một trường năng lượng chỉ mới được biết đến với tên gọi là năng lượng tối. Tuy vậy, chừng 26,8 phần trăm bao gồm một chất liệu gọi là vật chất tối. Nó được gọi là tối bởi vì chúng ta không thể nhìn thấy nó – nó không phát xạ hay hấp thụ bức xạ thuộc bất kì loại nào, và chúng ta chỉ có thể phát hiện thấy lực hấp dẫn của nó thông qua cách nó ảnh hưởng đến chuyển động của các sao ở rìa thiên hà, và chuyển động của các thiên hà ở rìa của đám thiên hà.

Vật chất tối được cho là bao gồm những hạt hạ nguyên tử có một mô tả nào đó, đó có thể là “nóng” hoặc “lạnh” (tùy thuộc vào năng lượng mà chúng có). Các neutrino từng được xem là ứng cử viên nổi tiếng cho vật chất tối nóng, song hiện nay người ta cho rằng vật chất tối chủ yếu bao gồm các hạt “WIMP” lạnh (WIMP = các hạt nặng tương tác yếu), đặc điểm của chúng vẫn còn là bí ẩn.

Vật chất tối

Điện tích

Điện tích trên một hạt về cơ bản là một chỉ dấu cho biết độ nhạy của nó trước điện trường và từ trường, và khả năng của nó tham gia vào các tương tác điện từ. Giống như năng lượng và động lượng, điện tích được bảo toàn, nghĩa là tổng điện tích trong một hệ là không đổi trước và sau một tương tác của các hạt. Thật vậy, điện tích có thể giữ một vai trò then chốt trong các tương tác như thế, bởi vì nó nhạy với lực điện từ. Điện tích cũng bị lượng tử hóa: nó xuất hiện thành những “gói” rời rạc thường bằng bội số nguyên lần của điện tích electron hoặc, trong trường hợp các quark, bằng những phân số đơn giản của điện tích electron. Điện tích hạt không bao giờ có lượng ngẫu nhiên, mà tăng theo các bước nhảy lượng tử, vì thế điện tích mang bởi một hạt có thể được dự đoán bởi Mô hình Chuẩn.

Các hạt như electron có điện tích âm, còn những hạt khác như proton và positron (phản electron) có điện tích dương. Trong khi đó, các neutrino và neutron là trung hòa điện, hoặc do vốn dĩ thiếu điện tích, hoặc do điện tích của các hạt cấu thành nên chúng triệt tiêu nhau.

Điện tích