Theo phương trình nức tiếng của Einstein E=mc 2 , nếu cho hai photon, các hạt mang năng lượng của ánh sáng, đập vào nhau đủ mạnh, bạn có thể tạo ra được vật chất dưới dạng một electron và một phản vật chất đối nghịch với nó, một positron.
Từ lý thuyết này, vào năm 1934 các nhà vật lý Mỹ Gregory Breit và John Wheeler đã đề xuất một quy trình để tạo ra vật chất từ ánh sáng, được gọi là quy trình Breit-Wheeler. Tuy nhiên cho đến nay, quy trình này vẫn là một trong những thách thức khó khăn nhất của ngành vật lý – cốt vì các photon cộc cần phải là các tia gamma năng lượng cao, một điều hiện bất khả thi đối với cá nhà khoa học.
Nhiều thí nghiệm thay thế khác đã chỉ ra rằng vật chất được tạo ra từ nhiều photon, nhưng chúng lại không đủ các dữ liệu cấp thiết để chứng minh một cách rõ ràng quy trình nói trên.
Nhưng giờ đây các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven ở New York tin rằng họ đã tìm ra một lối đi vòng để vượt qua trở ngại đó. dùng thiết bị của phòng thể nghiệm có tên gọi Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC – Máy va chạm Ion nặng Tương đối tính), họ có thể tạo ra các phép đo phù hợp với những dự đoán về hành vi kỳ lạ của các hạt.
" Trong nghiên cứu của mình, Breit và Wheeler đã nhận ra rằng điều gần như bất khả thi ." Zhangbu Xu, nhà vật lý tại Phòng thử nghiệm Brookhaven, cho biết. " (Vào thời điểm đó) laser thậm chí còn chưa tồn tại! Nhưng Breit và Wheeler đã đề xuất một giải pháp thay thế: tăng tốc các hạt ion. Và giải pháp thay thế của họ chuẩn xác là những gì chúng tôi đang làm với RHIC ."
Thay vì trực tiếp gia tốc các hạt photon, các nhà nghiên cứu tăng tốc 2 ion vàng – các hạt nhân nguyên tử đã bị loại bỏ electron và nên chi có điện tích dương – trong một máy gia tốc lặp lớn, trước khi cho chúng đi qua nhau và va. Khi các hạt mang điện này chuyển di với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, chúng cũng mang theo một trường điện từ xung quanh mình. Bên trong trường điện từ này là một đám mây các hạt photon "ảo" đi cùng chúng.
Đám mây các hạt photon ảo sinh ra trong trường điện từ của các ion vàng
Các hạt ảo là những hạt chỉ tồn tại trong một thời kì rất ngắn khi có sự nhiễu loạn trong các trường tồn tại giữa các hạt thực. Chúng không có cùng khối lượng với các hạt thực giống chúng (nhưng không giống các hạt photon thực không có khối lượng, các hạt photon ảo lại có khối lượng).
Trong thể nghiệm này, khi các ion lướt qua nhau ở khoảng cách gần, hai đám mây photon ảo của chúng chuyển động nhanh đến mức chúng hoạt động như thể chúng có thật. Kết quả là khi các hạt ảo này cụt vào nhau – các nhà khoa học phát hiện thấy chúng tạo ra một cặp positron và electron rất giống thật.
Nói cách khác, trong khi chưa thể tạo ra các photon thật đủ nhanh để cụng vào nhau tạo ra vật chất, các nhà khoa học đã cho các "photon ảo" xung quanh những ion tốc độ cao cụng nhau. Với cặp electron-positron - hay cặp vật chất và phản vật chất - mà họ phát hiện ra từ thử nghiệm, các photon ảo cho thấy cũng có thể sinh ra vật chất.
Cỗ máy được các nhà khoa học tại Brookhaven dùng để phát hiện cặp vật chất-phản vật chất sinh ra từ vụ cụt giữa các photon ảo
Để kiên cố phát hiện này có thể chứng minh cho quy trình Breit-Wheeler hay các hạt ảo càng giống thật càng tốt, các nhà vật lý phải bảo đảm rằng những photon ảo của họ hoạt động giống như các hạt thật. Để rà hành vi của các hạt photon ảo, các nhà vật lý phát hiện và phân tách các góc tạo thành của hơn 6.000 cặp electron-positron được tạo ra từ thí điểm này.
Khi hai hạt thật va chạm vào nhau, sản phẩm phụ được tạo ra ở các góc khác nhau so với khi các hạt được tạo ra từ hai hạt ảo. Nhưng trong thí nghiệm này, sản phẩm phụ bật ra từ va chạm của các hạt ảo bật có góc rưa rứa như sản phẩm phụ từ các hạt thật. thành thử, các nhà nghiên cứu có thân xác nhận rằng những hạt mà họ nhìn thấy đang hoạt động như thể chúng được tạo ra bởi một tương tác đích thực. chung cục họ đã chứng minh thành công quy trình Breit-Wheeler.
Các nhà nghiên cứu cũng đo lường mức năng lượng và sự phân tán của hệ chất này. " Chúng đồng nhất với các tâm tính lý thuyết về những gì sẽ xảy ra với các hạt photon thật ." Daniel Brandenburg, nhà vật lý học tại Brookhaven, cho biết trong tuyên bố.
Dù sao đi nữa, ngay cả khi các photon ảo này hoạt động giống như hạt thật, chẳng thể phủ nhận chúng vẫn là các hạt ảo. Điều này làm dấy lên câu hỏi liệu thử nghiệm này biểu diễn đúng với quy trình Breit-Wheelr hay không, nhưng đây rõ ràng là bước tiến quan yếu trước nhất cho đến khi các nhà vật lý phát triển được tia laser đủ mạnh để trình diễn quy trình này bằng các photon thật.
Tham khảo Livescience
Mình là tác giả auto thả tim Fb, nếu bạn không hiểu phần nào thì cứ nhắn tin mình nhé.
