Tuy nhiên, các nhà khoa học đang có những bước tiến quan trọng hướng tới sự hiểu biết tốt hơn về phản vật chất. Các nhà nghiên cứu cho biết vào hôm thứ Tư (27/9) rằng lần đầu tiên họ đã chứng minh được rằng phản vật chất phản ứng với lực hấp dẫn giống như vật chất: bằng cách rơi xuống. Thành công của thí nghiệm một lần nữa củng cố thuyết tương đối rộng của nhà vật lý thiên tài Albert Einstein.
Mô phỏng các nguyên tử phản hydro rơi trong thiết bị ALPHA-g tại Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN) ở Geneva, Thụy Sĩ. Ảnh: Tổ chức Khoa học Quốc gia Mỹ
Như đã biết, tất cả những thứ mà chúng ta nhìn thấy, từ hành tinh, ngôi sao, chó xù và kẹo mút, đều được tạo thành từ vật chất thông thường. Trong khi đó, phản vật chất là cặp song sinh bí ẩn của vật chất thông thường, có cùng khối lượng nhưng có điện tích trái dấu.
Hầu như tất cả các hạt hạ nguyên tử, chẳng hạn như electron và proton, đều có bản sao phản vật chất. Trong khi các electron mang điện tích âm thì các phản electron, còn gọi là positron, mang điện tích dương. Tương tự như vậy, trong khi proton tích điện dương thì phản proton tích điện âm.
Theo lý thuyết đó, vụ nổ Big Bang khởi đầu vũ trụ sẽ phải tạo ra lượng vật chất và phản vật chất bằng nhau. Tuy nhiên, dường như có rất ít phản vật chất – và trên Trái đất hầu như không có. Hơn nữa, vật chất và phản vật chất không tương thích với nhau. Nếu chạm vào chúng sẽ nổ tung.
Thí nghiệm được thực hiện tại Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN) ở Thụy Sĩ bởi các nhà nghiên cứu thuộc nhóm hợp tác Thiết bị Vật lý Laser Phản Hydro (ALPHA). Nó liên quan đến phản vật chất tương ứng của hydro, nguyên tố nhẹ nhất.
Nhà vật lý Jonathan Wurtele của Đại học California, đồng tác giả của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature, cho biết: “Trên Trái đất, hầu hết phản vật chất xảy ra tự nhiên đều được tạo ra từ các tia vũ trụ – các hạt mang năng lượng từ không gian – va chạm với các nguyên tử trong không khí và tạo ra các cặp phản vật chất-vật chất”.
Phản vật chất mới được tạo ra này chỉ tồn tại cho đến khi nó chạm vào một nguyên tử vật chất bình thường ở tầng khí quyển thấp. Tuy nhiên, phản vật chất có thể được tổng hợp trong những điều kiện được kiểm soát, như trong thí nghiệm ALPHA.
Phản hydro được chứa trong buồng chân không hình trụ và bị giữ lại bằng từ trường. Các nhà nghiên cứu đã giảm từ trường để giải phóng phản vật chất nhằm quan sát xem nó có rơi hay không trước lực hấp dẫn. Nó đã hoạt động giống như hydro trong cùng điều kiện.
“Kết quả này đã được dự đoán bởi lý thuyết và các thí nghiệm gián tiếp… Nhưng chưa có nhóm nào từng thực hiện một thí nghiệm trực tiếp trong đó phản vật chất được thả rơi để xem nó sẽ rơi theo hướng nào”, nhà vật lý Joel Fajans và đồng tác giả nghiên cứu tại UC Berkeley cho biết.
Khi Einstein phát minh ra thuyết tương đối rộng – một sự giải thích toàn diện về lực hấp dẫn, ông đã coi mọi vật chất là tương đương, nghĩa là phản vật chất sẽ phản ứng giống như vật chất. Phản vật chất chỉ chính thức được phát hiện vào năm 1932.
Nhà vật lý và đồng tác giả nghiên cứu William Bertsche thuộc Đại học Manchester ở Anh, người thực hiện các thí nghiệm tại CERN, cho biết: “Tôi nghĩ đây là bằng chứng cho sức mạnh của thuyết tương đối rộng và các nguyên lý tương đương của nó”.
Nhờ việc chứng minh được rằng phản vật chất và vật chất bị hút bởi lực hấp dẫn, thí nghiệm đã loại trừ một lời giải thích khả dĩ cho sự khan hiếm của phản vật chất trước đây là chúng bị đẩy lùi về phía bên kia của Vụ nổ lớn.
Cuối cùng, nhà vật lý Fajans đi đến nhận xét: “Cho dù lý thuyết có hay đến đâu thì vật lý vẫn là một môn khoa học thực nghiệm”.
Hoàng Hải (theo CERN, UNSF, Reuters)
