Derpy
Intern Writer
Khi đọc bài viết này, các bạn sẽ khám phá rằng vũ trụ không hề trống rỗng mà được lấp đầy bằng điều gì đó, và đây chính là một vấn đề thú vị. Để làm rõ hơn, sự kỳ diệu không thể giải thích này của khoa học là một tin mừng cho chúng ta và mọi sinh vật sống khác trong vũ trụ, vì nó có nghĩa là chúng ta - những sinh vật được tạo ra từ vật chất - có cơ hội tồn tại. Tuy nhiên, từ góc độ của các nhà vật lý hạt nhân, điều này lại thể hiện một khoảng trống lớn trong mô hình chuẩn (Standard Model) - kiến thức hiện tại của chúng ta về thế giới siêu nhỏ.
Phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân CERN, nơi có Máy gia tốc hạt lớn (Large Hadron Collider), đang dẫn đầu trong việc khám phá điều bí ẩn này, có vẻ như vi phạm một định luật cơ bản của tự nhiên, được gọi là đối xứng điện tích - đối xứng thời gian (CPT symmetry). Lý thuyết này đã tồn tại gần 75 năm, cho rằng vật chất và phản vật chất phải có hành vi tương tự nhau, nghĩa là lẽ ra chúng phải hủy diệt lẫn nhau ngay sau Vụ nổ lớn (Big Bang). Thế nhưng, điều kỳ lạ là vật chất lại chiến thắng.
Mới đây, một nghiên cứu do các nhà khoa học tại CERN thực hiện và được công bố trên tạp chí Nature đã tiết lộ một công cụ mới trong hành trang nghiên cứu của họ, nhằm tìm hiểu lý do tại sao vũ trụ lại chứa đựng điều gì đó chứ không phải là không có gì. Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã tạo ra "qubit" phản vật chất đầu tiên trên thế giới - những khối xây dựng của máy tính lượng tử - nhằm nghiên cứu sự bất đối xứng giữa vật chất và phản vật chất với độ chính xác cao hơn. Điều này được thực hiện bởi sự hợp tác của thí nghiệm Baryon Antibaryon Symmetry Experiment (BASE) tại nhà máy phản vật chất của CERN.
Như nhiều vấn đề liên quan đến thuộc tính lượng tử, thách thức lớn nhất là giữ cho phản proton không bị mất đi các thuộc tính lượng tử của nó do các nhiễu loạn từ môi trường xung quanh. Các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc giữ cho phản proton bị giữ và dao động mượt mà giữa các trạng thái lượng tử trong gần một phút, sau đó đo lường các chuyển tiếp giữa các mô men từ tính bằng một quá trình được gọi là "quang phổ chuyển tiếp lượng tử đồng bộ". Dù là một quy trình rất phức tạp, CERN mô tả phương pháp này giống như việc đẩy một đứa trẻ trên xích đu: Qubit này không phải để chạy trong một máy tính lượng tử siêu tiên tiến. Thay vào đó, nó có nhiệm vụ khám phá rìa của mô hình chuẩn về vật lý hạt.
Trước đây, hợp tác BASE đã chỉ ra rằng các mô men từ tính của proton và phản proton là giống hệt nhau đến chỉ vài phần tỉ - bất kỳ sự khác biệt nào cũng sẽ vi phạm đối xứng CPT và có thể giải thích lý do tại sao proton lại nhiều hơn phản proton sau Vụ nổ lớn. Tuy nhiên, những kết quả này sử dụng các kỹ thuật không đồng bộ, bị ảnh hưởng bởi dao động từ trường và tác động do các phép đo gây ra. Kỹ thuật mới này đã làm giảm những can thiệp đó và giúp có được các quan sát đồng bộ chính xác hơn nhiều so với các thí nghiệm mô men từ tính trước đó.
“Đây là qubit phản vật chất đầu tiên và mở ra triển vọng áp dụng toàn bộ bộ phương pháp quang phổ đồng bộ cho các hệ vật chất và phản vật chất trong các thí nghiệm chính xác,” phát ngôn viên của BASE, Stefan Ulmer, một tác giả của nghiên cứu, cho biết trong một tuyên bố báo chí. "Điều quan trọng nhất, nó sẽ giúp BASE thực hiện các phép đo mô men phản proton trong các thí nghiệm tương lai với độ chính xác gấp 10 đến 100 lần."
Mức độ chính xác mới này chỉ là khởi đầu. Một nỗ lực song song được gọi là BASE-STEP (Kiểm tra đối xứng trong các thí nghiệm với phản proton di động) sử dụng một hệ thống bẫy di động để có thể vận chuyển các phản proton đến các cơ sở khác với môi trường ổn định hơn. Vào tháng 10 năm ngoái, BASE-STEP đã thành công trong việc vận chuyển 70 proton bằng xe tải trong một chuyến đi vòng quanh tại khu vực chính của CERN. Điều này sẽ cho phép các phòng thí nghiệm trên khắp châu Âu - và có thể một ngày nào đó là trên toàn thế giới - làm việc với một trong những bí ẩn khó khăn nhất của vật lý.
Thật thú vị phải không nào? Chúng ta hãy cùng theo dõi chặng đường khám phá và tìm hiểu thêm về các bí ẩn của vũ trụ!
Phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân CERN, nơi có Máy gia tốc hạt lớn (Large Hadron Collider), đang dẫn đầu trong việc khám phá điều bí ẩn này, có vẻ như vi phạm một định luật cơ bản của tự nhiên, được gọi là đối xứng điện tích - đối xứng thời gian (CPT symmetry). Lý thuyết này đã tồn tại gần 75 năm, cho rằng vật chất và phản vật chất phải có hành vi tương tự nhau, nghĩa là lẽ ra chúng phải hủy diệt lẫn nhau ngay sau Vụ nổ lớn (Big Bang). Thế nhưng, điều kỳ lạ là vật chất lại chiến thắng.
Mới đây, một nghiên cứu do các nhà khoa học tại CERN thực hiện và được công bố trên tạp chí Nature đã tiết lộ một công cụ mới trong hành trang nghiên cứu của họ, nhằm tìm hiểu lý do tại sao vũ trụ lại chứa đựng điều gì đó chứ không phải là không có gì. Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã tạo ra "qubit" phản vật chất đầu tiên trên thế giới - những khối xây dựng của máy tính lượng tử - nhằm nghiên cứu sự bất đối xứng giữa vật chất và phản vật chất với độ chính xác cao hơn. Điều này được thực hiện bởi sự hợp tác của thí nghiệm Baryon Antibaryon Symmetry Experiment (BASE) tại nhà máy phản vật chất của CERN.
Như nhiều vấn đề liên quan đến thuộc tính lượng tử, thách thức lớn nhất là giữ cho phản proton không bị mất đi các thuộc tính lượng tử của nó do các nhiễu loạn từ môi trường xung quanh. Các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc giữ cho phản proton bị giữ và dao động mượt mà giữa các trạng thái lượng tử trong gần một phút, sau đó đo lường các chuyển tiếp giữa các mô men từ tính bằng một quá trình được gọi là "quang phổ chuyển tiếp lượng tử đồng bộ". Dù là một quy trình rất phức tạp, CERN mô tả phương pháp này giống như việc đẩy một đứa trẻ trên xích đu: Qubit này không phải để chạy trong một máy tính lượng tử siêu tiên tiến. Thay vào đó, nó có nhiệm vụ khám phá rìa của mô hình chuẩn về vật lý hạt.
Trước đây, hợp tác BASE đã chỉ ra rằng các mô men từ tính của proton và phản proton là giống hệt nhau đến chỉ vài phần tỉ - bất kỳ sự khác biệt nào cũng sẽ vi phạm đối xứng CPT và có thể giải thích lý do tại sao proton lại nhiều hơn phản proton sau Vụ nổ lớn. Tuy nhiên, những kết quả này sử dụng các kỹ thuật không đồng bộ, bị ảnh hưởng bởi dao động từ trường và tác động do các phép đo gây ra. Kỹ thuật mới này đã làm giảm những can thiệp đó và giúp có được các quan sát đồng bộ chính xác hơn nhiều so với các thí nghiệm mô men từ tính trước đó.
“Đây là qubit phản vật chất đầu tiên và mở ra triển vọng áp dụng toàn bộ bộ phương pháp quang phổ đồng bộ cho các hệ vật chất và phản vật chất trong các thí nghiệm chính xác,” phát ngôn viên của BASE, Stefan Ulmer, một tác giả của nghiên cứu, cho biết trong một tuyên bố báo chí. "Điều quan trọng nhất, nó sẽ giúp BASE thực hiện các phép đo mô men phản proton trong các thí nghiệm tương lai với độ chính xác gấp 10 đến 100 lần."
Mức độ chính xác mới này chỉ là khởi đầu. Một nỗ lực song song được gọi là BASE-STEP (Kiểm tra đối xứng trong các thí nghiệm với phản proton di động) sử dụng một hệ thống bẫy di động để có thể vận chuyển các phản proton đến các cơ sở khác với môi trường ổn định hơn. Vào tháng 10 năm ngoái, BASE-STEP đã thành công trong việc vận chuyển 70 proton bằng xe tải trong một chuyến đi vòng quanh tại khu vực chính của CERN. Điều này sẽ cho phép các phòng thí nghiệm trên khắp châu Âu - và có thể một ngày nào đó là trên toàn thế giới - làm việc với một trong những bí ẩn khó khăn nhất của vật lý.
Thật thú vị phải không nào? Chúng ta hãy cùng theo dõi chặng đường khám phá và tìm hiểu thêm về các bí ẩn của vũ trụ!
