Phản vật chất – Wikipedia tiếng Việt

Tên lửa đẩy với nguyên vật liệu phản vật chất là tương lai của ngành công nghiệp ngoài hành tinh

Phản vật chất là khái niệm trong vật lý, đây là khái niệm chung chỉ các phản hạt cơ bản như phản electron, phản neutron,… Theo lý thuyết, nếu phản vật chất gặp vật chất thông thường thì cả hai sẽ triệt tiêu nhau.

Lịch sử hình thành khái niệm[sửa|sửa mã nguồn]

Giả thiết giả tưởng[sửa|sửa mã nguồn]

Phản vật chất mở màn từ trí tưởng tượng của con người ở những năm 1930. Những người hâm mộ của bộ phim khoa học giả tưởng nổi tiếng Star Trek ( ” Du hành giữa những vì sao ” ), đã biết đến một loại phản vật chất được sử dụng giống như nguyên vật liệu với nguồn năng lượng cao để đẩy những chiếc tàu khoảng trống đi nhanh hơn cả tốc độ ánh sáng. Loại con thuyền khoảng trống này có vẻ như không hề phong cách thiết kế được, nhưng những nhà triết lý đã có năng lực biến dạng nguyên vật liệu tưởng tượng ấy thành hiện thực. Ý tưởng trong truyện tiểu thuyết đã trở thành hiện thực bằng việc mày mò ra sự sống sót của phản vật chất, ở những thiên hà khoảng chừng cách xa và ở thời nguyên sinh của thiên hà .

Giả thiết khoa học[sửa|sửa mã nguồn]

Điều thú vị nhất đó là từ trong trí tưởng tượng, phản vật chất trở thành hiện thực, và mang tính thuyết phục. Năm 1928, nhà vật lý người Anh Paul Dirac đã đặt ra một vấn đề: làm sao để kết hợp các định luật trong thuyết lượng tử vào trong thuyết tương đối đặc biệt của Albert Einstein. Thông qua các bước tính toán phức tạp, Dirac đã vạch định ra hướng để tổng quát hóa hai thuyết hoàn toàn riêng rẽ này. Ông đã giải thích việc làm sao mọi vật càng nhỏ thì vận tốc càng lớn; trong trường hợp đó, các electron có vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng. Đó là một thành công đáng kể, nhưng Dirac không chỉ dừng lại ở đó, ông nhận ra rằng các bước tính toán của ông vẫn hợp lệ nếu electron vừa có thể có điện tích âm, vừa có thể có điện tích dương – đây là một kết quả ngoài tầm mong đợi.

Dirac biện luận rằng, hiệu quả khác thường này chỉ ra sự sống sót của một ” đối hạt “, hay ” phản hạt ” của electron, chúng hình thành nên một ” cặp ma quỷ “. Trên thực tiễn, ông quả quyết rằng mọi hạt đều có ” đối hạt ” của nó, cùng với những đặc thù tương đương, duy chỉ có sự trái chiều về mặt điện tích. Và giống như proton, neutron và electron hình thành nên những nguyên tử và vật chất, những phản proton, phản neutron, positron ( còn được gọi là phản electron ) hình thành nên phản nguyên tử và phản vật chất. Nghiên cứu của ông dẫn đến một suy đoán rằng hoàn toàn có thể sống sót một ” ngoài hành tinh ảo ” tạo bởi những phản vật chất này .Và Dự kiến của ông đã được kiểm chứng trong thí nghiệm của Carl David Anderson vào năm 1932, cả hai ông đều được giải Nobel cho thành tựu này .Các nhà vật lý đã học được nhiều hơn về phản vật chất so với thời gian của Anderson khám phá ra nó. Một trong những hiểu biết mang tính ngữ cảnh đó là vật chất và phản vật chất phối hợp lại sẽ tạo ra một vụ nổ lớn. Giống như những cặp tình nhân gặp nhau trong ngày sau cùng vậy, vật chất và phản vật chất ngay lập tức hút nhau do có điện tích ngược nhau, và tự tàn phá nhau. Do sự tự huỷ tạo ra bức xạ, những nhà khoa học hoàn toàn có thể sử dụng những thiết bị để đo ” tàn dư ” của những vụ va chạm này. Chưa có một thí nghiệm nào có năng lực dò ra được những phản thiên hà và sự trải rộng của phản vật chất trong thiên hà như trong tưởng tượng của Dirac. Các nhà khoa học vẫn gửi những tín hiệu thăm dò để quan sát xem có sống sót những phản thiên hà này hay không .

Nhưng câu hỏi vẫn làm bối rối các nhà vật lý cũng như những người có trí tưởng tượng cao đó là: phải chăng vật chất và phản vật chất tự hủy khi chúng tiếp xúc nhau. Tất cả các thuyết vật lý đều nói rằng khi vụ nổ lớn (Big Bang), đánh dấu sự hình thành khoảng 13,8 tỉ năm trước, vật chất và phản vật chất có số lượng bằng nhau. Vật chất và phản vật chất kết hợp lại, và tự hủy nhiều lần, cuối cùng chuyển sang năng lượng, được biết như dạng bức xạ phông vũ trụ. Các định luật của tự nhiên đòi hỏi vật chất và phản vật chất phải được tạo dưới dạng cặp. Nhưng một vài phần triệu giây sau vụ Nổ Lớn Big Bang, vật chất dường như nhiều hơn so với phản vật chất một chút, do đó cứ mỗi tỉ phản hạt thì lại có một tỉ + 1 hạt vật chất. Trong giây đầu hình thành vũ trụ, tất cả các phản vật chất bị phá hủy, để lại sau đó là dạng hạt vật chất. Hiện tại, các nhà vật lý vẫn chưa thể tạo ra được một cơ chế chính xác để mô tả quá trình “bất đối xứng” hay khác nhau giữa vật chất và phản vật chất để giải thích tại sao tất cả các vật chất đã không bị phá hủy.

Bằng chứng về phản vật chất[sửa|sửa mã nguồn]

Cloud chamber photograph by C.D. Anderson of the first positron ever identified. A 6 mm lead plate separates the upper half of the chamber from the lower half. The positron must have come from below since the upper track is bent more strongly in the magnetic field indicating a lower energy

Một số bằng chứng về sự tồn tại của phản vật chất đã được đưa ra. Quan trọng nhất là việc quan sát các phi đạo của các hạt sơ cấp trong buồng bọt (bubble chamber).

Thí nghiệm được thực thi bởi Carl David Anderson vào năm 1932. Ông đã chụp hình được 1 số ít cặp phi đạo bị biến mất ngay khi gặp nhau. Dữ liệu này đã làm tăng sự tin cậy rằng có sống sót những hạt phản vật chất mà khi một hạt tương tác với chính phản hạt cùng loại sẽ triệt tiêu nhau và sinh nguồn năng lượng .Năm 1996, Phòng thí nghiệm Fermi, ( Chicago, Mỹ ) đã tạo ra 7 phản nguyên tử hydro trong một máy gia tốc hạt. Có điều những hạt này sống sót trong thời hạn quá ngắn ngủi, lại hoạt động với vận tốc sát gần ánh sáng, nên không hề lưu giữ để điều tra và nghiên cứu .Tháng 10 năm 2002, Phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân châu Âu ( European Organization for Nuclear Research-CERN ) thông tin tác dụng thí nghiệm ATRAP, tiếp nối thí nghiệm ATHENA tháng 9, tạo ra phản nguyên tử Hydro từ phản proton và positron. Kết quả đo mức nguồn năng lượng của những phản hạt trong phản nguyên tử hydro cho thấy, positron hoạt động trên quỹ đạo khá xa tâm phản proton, dẫn đến mạng lưới hệ thống này sống sót rất là kém vững chắc. Để có được những phản nguyên tử ( anti-atom ) bền vững và kiên cố, hàng loạt thí nghiệm cần đặt trong môi trường tự nhiên nhiệt độ sát điểm 0 tuyệt đối ( – 273 độ C ), vì ở nhiệt độ cao, những phản nguyên tử sẽ phối hợp với những nguyên tử của môi trường tự nhiên và biến mất ngay lập tức .

Chế tạo phản vật chất[sửa|sửa mã nguồn]

Bài chi tiết: Positron

Máy chụp ảnh phát xạ PositronPhòng thí nghiệm vương quốc Lawrence Livermore công bố tháng 11 năm 2008 họ đã tạo ra một số lượng Positron lớn hơn hẳn những hiệu quả trước đó .
Tương tác giữa những phản proton
Ngược với hydro, phản hydro có một phản proton và một positron

Lưu trữ phản vật chất[sửa|sửa mã nguồn]

Phản vật chất không hề được tàng trữ trong những thùng chứa làm bằng vật tư thường thì vì phản ứng của nó với bất kể vật chất nào mà nó tiếp xúc. Có thể để được trong chân không .
Nhiều nhà khoa học cho rằng phản vật chất là vật tư đắt tiền nhất trong số những vật tư mà con người từng biết đến. [ 1 ] Năm 2006, Gerald Smith ước tính để sản xuất 10 mili gam positron cần 250 triệu đô la. [ 2 ] ( tương tự 25 tỉ USD mỗi gam. Năm 1999, NASA đã đưa ra số lượng 62,5 nghìn tỷ USD mỗi gam phản hydro. [ 1 ] Nguyên nhân do sản xuất rất khó khăn vất vả ( chỉ có rất ít phản proton được tạo ra trong những phản ứng trong những máy gia tốc hạt ), và chính bới có nhu yếu khác cao hơn về việc sử dụng những máy gia tốc hạt. Theo CERN ước tính, phải tốn vài trăm triệu franc Thụy Sĩ để sản xuất khoảng chừng 1 phần tỷ gam ( số tiền chi được sử dụng cho đến nay so với va chạm hạt / phản hạt ). [ 3 ] Để so sánh, hãy tưởng tượng với việc sản xuất vũ khí nguyên tử tiên phong, ngân sách của Dự án Manhattan ước tính khoảng chừng 23 tỷ đô la với lạm phát kinh tế tính đến năm 2007. [ 4 ]Một số điều tra và nghiên cứu được hỗ trợ vốn bởi Viện khái niệm tiên tiến và phát triển của NASA đang điều tra và nghiên cứu xem liệu hoàn toàn có thể sử dụng những bẫy từ để tích lũy phản vật chất Open tự nhiên trong vành đai Van Allen của Trái Đất hay không, và sau cuối là đai của những hành tinh khí khổng lồ, như sao Mộc, với ngân sách thấp hơn cho mỗi gam. [ 5 ]Một số vật tư khác có giá thành thấp hơn phản vật chất hoàn toàn có thể kể đến như Endohedral fullerene, Californi 252, Painit, Kim cương, Triti, Taaffeite, Plutoni, LSD, Ma túy đá, Bạch phiến, Sừng tê giác … [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Source: https://sangtaotrongtamtay.vn
Category: Khoa học