Các nhà vật lý quốc tế ở Tổ chức Nghiên cứu Nguyên tử Châu Âu (CERN) tuyên bố vào giữa tuần trước rằng họ đã vượt qua một vấn đề cơ bản trong nghiên cứu các nguyên tử phản vật chất, đó là "bắt và nhốt" chúng lại.

"Bắt sống" phản vật chất

Trong khi những nguyên tử phản vật chất đã thường xuyên được tạo ra trong phòng thí nghiệm, chúng lại biến mất rất nhanh khiến các nhà khoa học không có cơ hội tìm hiểu. Nhưng trong một nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature vào giữa tuần trước, các nhà khoa học CERN khẳng định họ đã có thể bắt được các nguyên tử phản vật chất và giữ chúng tồn tại trong khoảng thời gian bằng 1/10 giây. Với giới vật lý phân tử, đây là khoảng thời gian đặc biệt dài.

Việc thấu hiểu phản vật chất sẽ lý giải vì sao mọi thứ trên vũ trụ lại gồm toàn vật chất. Tuy nhiên rất khó nghiên cứu phản vật trong tự nhiên bởi chúng đối nghịch với vật chất và sẽ tiêu hủy ngay khi tiếp xúc với nhau. Hồi năm 2002, CERN đã sản xuất một lượng lớn phản nguyên tử hydro nhưng chúng có vòng đời cực ngắn, chỉ vài mili giây. Nguyên nhân do phản nguyên tử hydro tiếp xúc vật chất trong thành ống chứa chúng và hai bên tiêu hủy nhau khi tiếp xúc. Trong thí nghiệm mới nhất, tuổi thọ của phản nguyên tử hydro được kéo dài bằng cách sử dụng lưới từ trường để "bẫy" chúng và ngăn không cho chúng tiếp xúc với vật chất

"Chúng tôi tin rằng đây là đột phá hết sức lớn lao bởi nó có nghĩa chúng ta đã sẵn sàng để đi bước tiếp theo, trong đó có hoạt động so sánh vật chất với phản vật chất" - phát ngôn viên nhóm nghiên cứu của CERN, nhà khoa học Mỹ Jeffrey Hangst, tuyên bố với hãng tin AP. Hangst và các cộng sự của ông tới từ Anh, Brazil, Canada, Israel và Mỹ, đã ganh đua với một nhóm khác xem ai bắt được phản nguyên tử hydro. Cuối cùng nhóm của Hangst đã tóm được 38 phản nguyên tử hydro, qua đó đánh bại nhóm kia.

Hangst cũng cho biết kể từ khi thí nghiệm được đăng tải trên Nature tới nay, các ông đã có thể giữ phản vật chất tồn tại lâu hơn. "Thật không may, tôi không thể nói với bạn thời gian lâu hơn là bao nhiêu vì chúng tôi chưa công bố các con số này" - Hangst tuyên bố - "Nhưng chúng tôi có thể nói với bạn là lâu hơn rất nhiều 1/10 giây. Nghĩa là con người có thể nhận thức được phản vật chất đã xuất hiện, theo thời gian thực".

Một loại nhiên liệu tối thượng?

Một trong những khía cạnh hứa hẹn nhất của phản vật chất trong tương lai, nếu chúng ta có thể tạo và lưu trữ nó với số lượng lớn, là làm nhiên liệu.

Các nghiên cứu cho thấy sự va chạm giữa 1kg phản vật chất tiếp xúc với 1kg vật chất sẽ tạo ra một vụ nổ tương đương 43 megaton, tức mạnh hơn khoảng 3.000 lần quả bom đã nổ trên bầu trời Hiroshima. "Đây là bước tiến đầu tiên trong một hành trình dài" - Michio Kaku, nhà vật lý kiêm tác giả cuốn Vật lý phi hiện thực nhận xét trên tạp chí PCMag về thành tựu của các khoa học gia CERN. Ông tin rằng chúng ta sẽ dùng phản vật chất làm nhiên liệu cho tàu vũ trụ trong tương lai và không loại bỏ phản vật chất sẽ được dùng làm nhiên liệu chế tạo bom như trong cuốn sách Thiên thần và Ác quỷ của Dan Brown.

Tuy nhiên sản xuất phản vật chất không phải chuyện dễ bởi nó quá tốn kém. Hồi năm 1999, Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) ước tính việc sản xuất mỗi gram phản vật chất có chi phí chừng 62,5 tỉ USD. Năm 2006, tiến sĩ Gerald A. Smith, sáng lập viên Phòng nghiên cứu Positron ở Santa Fe, New Mexico, ước tính để tạo ra 10 mg positron (phản hạt của electron) sẽ phải mất 250 triệu USD (tương đương với 25 tỉ USD mỗi gram phản vật chất). Còn theo CERN, phải tốn hàng trăm triệu francs Thụy Sĩ chỉ để sản xuất 1 phần tỉ gram phản vật chất. Việc sản xuất phản vật chất đắt đỏ do chỉ có vài phản hạt được sinh ra trong mỗi lần người ta chạy các máy gia tốc hạt. Cá nhân Hangst thì tin rằng "sẽ phải mất thời gian dài hơn cả tuổi của vũ trụ để tạo ra 1 gram phản vật chất". Ông cũng khẳng định nhân loại sẽ phải mất nhiều năng lượng để tạo ra phản vật chất hơn là thu được năng lượng từ nó.

Tuy nhiên ông chỉ ra rằng việc nghiên cứu các phản hạt "rơi vào rọ" sẽ giúp trả lời các câu hỏi cơ bản trong vật lý như vì sao phản vật chất lại biến mất trong môi trường tự nhiên của vũ trụ, trong khi vật chất xuất hiện nhan nhản tại các ngôi sao, hành tinh và thiên hà. Giới nghiên cứu tin rằng phản vật chất và vật chất đã được tạo ra với số lượng cân bằng nhau, theo sau vụ nổ Big Bang hình thành vũ trụ.

Được biết tham vọng kế tiếp của CERN là tạo ra một dòng phản vật chất, nhằm tìm hiểu sâu thêm về các bí ẩn bao quanh nó.

(TT&VH)