Vật chất và phản vật chất Phản vật chất là khái niệm trong vật lý, được cấu tạo từ những phản hạt cơ bản như phản hạt electron, phản hạt nơtron, Theo lý thuyết, nếu phản vật chất gặp vật chất thì sẽ nổ tung. 1/Giả thiết giả tưởng Phản vật chất bắt đầutừ trí tưởngtượng của con người ở những năm 1930.Những người hâm mộ của bộ phim khoa học giả tưởngnổi tiếng Star Trek("Đườngđến các vì sao"),đã biết đếnmột loại phản vật chất được sử dụng giốngnhư nhiên liệu với nănglượngcao để đẩy những chiếc tàu không gian đi nhanhhơn cả vận tốc ánh sáng. Loại phi thuyền không gian này dường như khôngthể thiết kế được, nhưng các nhà lý thuyết đã có khả năng biến dạng nhiên liệutưởng tượng ấy thành hiện thực. Ý tưởng trongtruyện tiểu thuyết đã trở thànhhiện thực bằng việc khám phá ra sự tồntại của phản vật chất, ở nhữngthiên hàkhoảng cách xavà ở thời nguyênsinh của vũ trụ. 2/Giả thiết khoa học Điều thúvị nhất đó là từ trong trí tưởng tượng, phản vật chất trở thànhhiện thực, và mangtínhthuyết phục. Năm 1928, nhà vậtlý người AnhPaulDirac đã đặt ra một vấn đề: làm sao để kết hợp các định luật trong thuyết lượng tử vào trong thuyết tươngđối đặcbiệt của AlbertEinstein.Thông quacác bước tínhtoánphức tạp, Diracđã vạch địnhra hướngđể tổngquát hóa hai thuyết hoàn toàn riêng rẽ này. Ôngđã giải thích việc làm sao mọi vật càng nhỏ thì vận tốccàng lớn;trong trường hợp đó,các electron cóvận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng. Đó là một thành công đáng kể, nhưng Dirac không chỉ dừng lại ở đó, ông nhận rarằng các bướctính toáncủa ông vẫn hợplệ nếu electronvừa có thể có điện tích âm, vừa có thể có điện tích dương- đây là một kết quả ngoài tầmmong đợi. Dirac biện luậnrằng, kết quả khác thường này chỉ ra sự tồn tại của một"đối hạt", hay "phản hạt" của electron, chúnghình thànhnên một "cặpma quỷ".Trên thực tế, ông quả quyết rằng mọi hạt đều có "đối hạt"của nó, cùng với những tính chất tương đồng, duychỉ có sự đốilập về mặt điện tích. Và giống như proton,neutron và electron hình thành nên các nguyên tử và vật chất, các phản proton, phản neutron, phảnelectron(còn được gọi là positron) hình thành nên phản nguyên tử và phản vậtchất. Nghiên cứu của ông dẫn đếnmột suy đoán rằng có thể tồntại một vũ trụ ảo tạo bởi các phản vật chất này. Và dự đoán của ông đã đượckiểm chứng trong thí nghiệm củaCarl Anderson vào năm 1932,cả haiông đềuđượcgiải Nobelcho thành tựuấy. Các nhà vật lý đã học đượcnhiều hơn về phản vật chấtso với thời điểm của Andersonkhám phá ra nó. Mộttrong những hiểu biết mang tínhkịchbản đó làvật chất vàphản vật chấtkết hợplại sẽ tạo ra mộtvụ nổ lớn. Giốngnhư những cặp tình nhân gặpnhau trong ngày saucùngvậy, vậtchấtvà phản vật chất ngaylập tức hút nhaudo có điện tíchngược nhau,và tự phá hủy nhau. Dosự tự huỷ tạo ra bức xạ,các nhà khoa học cóthể sử dụngcác thiếtbị để đo "tàn dư" của những vụ va chạmnày. Chưacó một thí nghiệm nàocó khả năngdò ra được các phản thiên hà và sự trải rộngcủa phản vật chấttrong vũ trụ như trong tưởngtượngcủa Dirac. Các nhà khoa học vẫngửi các tín hiệu thăm dò để quansát xem có tồntại các phản thiên hànày haykhông. Nhưng câu hỏi vẫn làm bối rối các nhà vật lý cũng như những người cótrí tưởng tượng cao đó là: phải chăng vật chất và phản vật chấttự hủy khichúngtiếp xúc nhau. Tất cả các thuyết vật lý đều nói rằng khivụ nổ lớn (Big Bang),đánhdấu sự hình thành ở 13,5 tỉ nămtrước, vậtchất vàphản vật chất có số lượng bằng nhau. Vật chất và phản vật chất kếthợp lại, và tự hủy nhiều lần, cuối cùngchuyển sang năng lượng,đượcbiết như dạng bứcxạ phông vũ trụ. Các địnhluật của tự nhiên đòi hỏi vật chấtvà phản vật chất phảiđược tạo dưới dạng cặp. Nhưng một vài phần triệu giây sauvụ Nổ Lớn BigBang, vật chất dường như nhiềuhơn so với phản vật chấtmột chút, do đó cứ mỗi tỉ phản hạtthì lại cómột tỉ + 1 hạt vậtchất. Tronggiây đầu hình thành vũ trụ, tất cả các phản vật chất bị phá hủy, để lại sau đó là dạng hạtvật chất. Hiện tại, các nhà vật lývẫn chưa thể tạo ra được một cơ chế chínhxác để mô tả quá trình"bất đối xứng" haykhácnhau giữavật chất và phản vật chất để giải thích tại sao tấtcả các vật chất lại đã không bị phá hủy. 3/Bằng chứngvề phản vật chất Cloud chamber photographbyC.D. Andersonofthe first positroneveridentified.A 6 mm lead plateseparates the upperhalf of the chamberfrom the lower half.The positronmust havecome from belowsince theupper trackis bent morestrongly in the magneticfield indicating alower energyMộtsố bằng chứngvề sự tồn tại của phản vật chấtđã đượcđưa ra. Quantrọng nhất là việc quan sát các phiđạo củacác hạt sơ cấp trong buồngbọt (bubblechamber). Thí nghiệmđược tiến hành bởi Carl Anderson vào năm 1932. Ôngđã chụp hình được một số cặp phi đạobị biến mất ngaykhi gặp nhau. Dữ liệu này đã làm tăng sự tin tưởngrằng cótồn tại các hạt phản vật chất mà khimột hạt tươngtác với chính phản hạt cùngloại sẽ triệt tiêu nhauvà sinhnăng lượng. Năm 1996,Phòngthí nghiệm Fermi, (Chicago,Mỹ) đã tạo ra7 phản nguyên tử hydro trong một máy gia tốchạt. Có điều các hạt này tồn tại trongthời gian quá ngắn ngủi, lại chuyểnđộng với tốc độ sát gần ánhsáng,nên khôngthể lưu giữ để nghiêncứu. Phản HydroTháng 10 năm 2002, Phòng thí nghiệm vậtlý hạt châu Âu (European Organizationfor NuclearResearch-CERN)thông báo kết quả thí nghiệm ATRAP, tiếp nối thí nghiệm ATHENA tháng 9,tạo raphản nguyêntử Hydro từ phản proton và positron.Kết quả đo mức nănglượng của các phảnhạt trong phản nguyên tử hydro cho thấy, positronchuyển động trên quỹ đạo kháxa tâm phản proton,dẫn đến hệ thống này tồn tại hết sức kém bền vững. Để có đượccác phản nguyêntử (anti-atom)bền vững, toàn bộ thínghiệm cần đặt trong môi trường nhiệtđộ sát điểm 0tuyệt đối (-273độ C), vì ở nhiệt độ cao, các phản nguyên tử sẽ kết hợpvới các nguyên tử của môi trường và biến mất ngay lậptức Lần đầu tiên quan sát biến đổi của hạt neutrino Các nhà khoa học cho biết họ đã phát hiện được sự “thay hình đổi dạng” từ muon neutrino (νμ) biến thành tau neutrino (ντ) của một hạt neutrino. Theo các nhà vật lý học thuộcTrung tâm nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN),phát hiện trên có ý nghĩa quan trọng giúptìm hiểu sâu hơn về bí mật sự hình thành vũ trụ. Neutrino là hạt cơ bản rất quantrọng trong vũ trụ, đặctính vậtlý đặc biệt củanó luônthuhút sự quantâm sâurộngcủa giới khoahọc. Neutrinotổngcộngcó baloại: electronneutrino (νe), muonneutrino(νμ), và tau neutrino(νt). Các nhà khoa học luôn đi tìmchứng cứ trực tiếpvề sự tươngtác và chuyển đổilẫn nhau củaneutrino. Năm 2006,CERN bắt đầu thử nghiệm phóng chùmneutrinotới phòng thí nghiệm Grand-Sasso đặt ở Italy. Các nhà khoa học suy đoán,khi neutrinođược phóng đivà khi tới phòng thínghiệm Grand-Sasso,mộtsố muon Nneutrino(νμ) sẽ chuyển biến thành tau neutrino(ντ). Sau đó các nhà khoahọc đã tiến hành lắpđặt thiết bị quan sát dưới lòng đất trong phòngthí nghiệm Grand-Sasso để thu thập các số liệu liênquan nhằm xácđịnh xem muonneutrino(νμ) có thực sự chuyển đổi sangtau neutrino(ντ) haykhông. Các nhà nghiên cứucho biết, quahơnba năm thực hiện giám sát, cuối cùng họ đã quan sát được có mộtmuon neutrino(νμ) “thayhình đổidạng” thành tau neutrino (ντ). Theo các nhà khoa học, đâylà lần đầu tiên họ tìm thấy chứngcứ trực tiếp về sự biến động củaloại hạt trên. Phát hiệnnày cóý nghĩa đặc biệt tolớn giúpcho giới khoa họcgiải thíchnguyên nhântại sao khiđi từ Mặt Trời tới TráiĐất số lượng neutrinolại ít hơn so với số lượng các hạttheo mô hình chuẩn./. . Vật chất và phản vật chất Phản vật chất là khái niệm trong vật lý, được cấu tạo từ những phản hạt cơ bản như phản hạt electron, phản hạt nơtron, Theo lý thuyết, nếu phản vật chất gặp vật chất. (Big Bang),đánhdấu sự hình thành ở 13,5 tỉ nămtrước, vậtchất v phản vật chất có số lượng bằng nhau. Vật chất và phản vật chất kếthợp lại, và tự hủy nhiều lần, cuối cùngchuyển sang năng lượng,đượcbiết. nhiên đòi hỏi vật chấtvà phản vật chất phảiđược tạo dưới dạng cặp. Nhưng một vài phần triệu giây sauvụ Nổ Lớn BigBang, vật chất dường như nhiềuhơn so với phản vật chấtmột chút, do đó cứ mỗi tỉ phản hạtthì