CERN, tức European Organization for Nuclear Research (Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu) được sáng lập từ năm 1954, tọa lạc tại ngoại ô Geneva, trên đường biên giới Pháp - Thụy Sĩ, hiện nay là phòng thí nghiệm vật lý hạt uy tín và lớn nhất thế giới. Và vừa mới đây, các nhà khoa học của CERN tuyên bố đã tìm ra manh mối của phản vật chất.
Phản vật chất (antimaterial hay antimatter) là khái niệm trong vật lý, được cấu tạo từ những phản hạt căn bản như phản electron (antielectron), phản neutron (antineutron)… Theo lý thuyết của các nhà khoa học từ năm 1930, trong vũ trụ này, nếu có vật chất thì phải có phản vật chất.
Vào khoảng hai thập niên trước đây, chính ý tưởng về phản vật chất đã khiến các nhà sản xuất bộ phim khoa học giả tưởng nổi tiếng Star Trek (Du hành giữa các vì sao) nghĩ tới việc cho các phi thuyền trong phim sử dụng một loại phản vật chất làm nhiên liệu với năng lượng cao để đẩy những chiếc tàu không gian đi nhanh hơn cả vận tốc ánh sáng.
Một thiên hà (galaxy) ở xa cùng với phản thiên hà (antigalaxy) của nó, ảnh minh họa của NASA và ESA.
Và ý tưởng trong phim đã trở thành hiện thực bằng việc khám phá ra sự tồn tại của phản vật chất, ở những thiên hà khoảng cách xa và ở thời nguyên sinh của vũ trụ.
Tuy nhiên điều gây đau đầu cho giới khoa học gần 100 năm nay là phản vật chất ổn định dường như không thấy tồn tại trong vũ trụ hiện nay.
Thật vậy, theo các mô hình vũ trụ, trong thời kỳ Big Bang đã hình thành vật chất và đồng thời là phản vật chất, nhưng sự đối xứng này đã bị phá vỡ để dẫn đến vũ trụ ngày nay chỉ có vật chất thống trị.
Vì vậy, ngày 21/3/2019, việc CERN công bố đã tìm ra manh mối của phản vật chất là một thông tin gây chấn động trong giới khoa học và được đánh giá đây là một kết quả lớn trong ngành Vật lý Hạt, một ngành của vật lý chuyên nghiên cứu về các hạt sơ cấp chứa trong vật chất cùng với những tương tác giữa chúng.
Và đây là manh mối: trong thí nghiệm CHC LHCb, các phản hạt meson Do đã cho thấy một hành vi khác lạ so với vật chất song đôi của chúng.
Thí nghiệm LHCb, được thực hiện trên máy gia tốc Hadron lớn của CERN, đã đem lại kết quả: một hành vi khác nhau giữa vật chất và phản vật chất lần đầu tiên đã quan sát được trong quá trình tan rã của các meson Do.
Hạt tổng hợp này được hình thành do sự liên kết của hai hạt căn bản (một quark c và một antiquark u) và có phản hạt của riêng nó là antimeson Do. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã nhận thấy rằng hạt và phản hạt của nó không tan rã theo cùng một cách.
Để đi tới kết quả này, các nhà khoa học đã phải phân tích tất cả các dữ liệu từ năm 2011 - 2018 để tổng kết rồi mới công bố trong phiên họp Moriond, phiên họp nổi tiếng trong ngành Vật lý Hạt vào tháng 3.2019.
Trong những năm này, các hạt được cho va chạm với số lượng rất lớn nên rất có ý nghĩa về mặt thống kê và vì vậy đã được sự chấp nhận của cộng đồng các nhà vật lý hạt. Và họ đã gọi hành vi tan rã khác nhau giữa hạt tổng hợp meson Do và antimeson Do này là sự “vi phạm về nguyên lý đối xứng” của thiên nhiên.
Nhưng vẫn còn vấn đề là phản vật chất hiện nay đang ở đâu?
Các nhà vật lý đang tìm kiếm các phản vật chất được hình thành cùng lúc với vật chất tại thời điểm xảy ra Big Bang nhờ một loạt các thí nghiệm trực tiếp hoặc gián tiếp mà các phản vật chất vẫn không thể tìm thấy.
Chỉ khi cho các hạt va chạm trong máy gia tốc hoặc trong tác động của các tia vũ trụ thì phản vật chất mới xuất hiện. Chính vì để giải quyết bí ẩn này, các nhà vật lý đã theo dõi trong phòng thí nghiệm các hành vi khác nhau nhỏ nhất giữa vật chất và “người anh em” song đôi của nó.