Phản vật chất là chất liệu của tiểu thuyết khoa học viễn tưởng. Trong quyển sách và tập phim Thiên thần và Ác quỷ (Angels and Demons), GS Langdon cố gắng nỗ lực cứu lấy thành phố Vatican trước một vụ nổ bom phản vật chất. Phi thuyền vũ trụ Enterprise trong phim Star Trek sử dụng sức đẩy phân hủy vật chất-phản vật chất để du hành nhanh hơn ánh sáng.Bạn đang xem: Antimatter là gì

Bạn Đang Xem: Antimatter Là Gì – 10 Sự Thật Có Thể Bạn Chưa Biết Về Phản Vật Chất

Phản vật chất cũng là chất liệu của thực tế. Các hạt phản vật chất hầu như y chang với đối hạt vật chất của chúng, ngoại trừ là chúng mang điện tích và spin trái dấu. Khi phản vật chất gặp vật chất, chúng tức tốc hủy nhau thành năng lượng.

Trong những lúc bom phản vật chất và phi thuyền sử dụng sức đẩy phản vật chất thì có chút thổi phồng, vẫn có nhiều thực tế về phản vật chất sẽ giúp khai sáng cho tế bào não của bạn.

1. Lẽ ra phản vật chất đã hủy hết vật chất trong vũ trụ sau Vụ nổ Lớn

Theo lí thuyết Big Bang, vụ nổ lớn đã tạo ra vật chất và phản vật chất với lượng ngang nhau. Khi vật chất và phản vật chất gặp nhau, chúng hủy nhau, chẳng để lại gì ngoài năng lượng. Vì thế, trên nguyên tắc, lẽ ra tất cả chúng ta không tồn tại.

Nhưng tất cả chúng ta tồn tại. Và trong chừng mực mà các nhà vật lí diễn giải theo ý nghĩa khác được, nguyên do duy nhất là bởi vì, vào phút chót, đã có thêm một hạt vật chất trong mỗi tỉ cặp vật chất-phản vật chất. Các nhà vật lí vẫn đang nỗ lực giảng giải sự bất đối xứng này.

2. Phản vật chất ở gần bạn hơn bạn nghĩ

Những lượng nhỏ phản vật chất liên tục trút xuống Trái đất dưới dạng tia vũ trụ, các hạt năng lượng cao tới từ vũ trụ. Các hạt phản vật chất này đi tới khí quyển của tất cả chúng ta ở tỉ lệ từ chưa tới một hạt trên mét vuông đến hơn 100 hạt trên mét vuông. Các nhà khoa học đã nhìn thấy chứng cớ của sự việc sinh tạo phản vật chất phía trên các đám mây giông.

Nhưng các nguồn phản vật chất còn ở gần nhà của bạn hơn. Chẳng hạn, chuối sản sinh phản vật chất, phóng thích một positron – tương đương phản vật chất của electron – trong mỗi khoảng tầm 75 phút. Hiện tượng lạ này xẩy ra vì trong chuối có chứa một lượng nhỏ potassium-40, một đồng vị có mặt trong tự nhiên của potassium (Kali). Khi potassium-40 phân hủy, thỉnh thoảng nó nhả ra một positron.

Thân thể của tất cả chúng ta cũng luôn tồn tại chứa potassium-40, tức thị các positron cũng được thân thể bạn phát ra. Phản vật chất phân hủy tức thời khi xúc tiếp với vật chất, vì thế các hạt phản vật chất này còn có thời kì sống rất ngắn.

3. Con người chỉ tạo ra được những lượng nhỏ phản vật chất

Các phân hủy phản vật chất-vật chất có khả năng phóng thích năng lượng rất lớn. Một gam phản vật chất có thể tạo ra một vụ nổ ngang tầm với bom hạt nhân. Tuy nhiên, con người mới chỉ có thể tạo ra những lượng phản vật chất vô cùng ít ỏi.

Toàn bộ phản proton từng được tạo ra tại máy gia tốc hạt Tevatron ở Fermilab cộng lại chỉ có 15 nano gam. Các phản proton được tạo ra tại CERN thì chừng 1 nano gam. Tại DESY ở Đức, tính cho tới nay có xấp xỉ 2 nano gam positron được tạo ra.

Xem Thêm : Npm audit là gì? 10 lệnh npm lập trình viên cần biết! – Anonystick

Nếu cho toàn bộ phản vật chất mà con người từng tạo ra phân hủy cùng lúc, thì năng lượng phóng thích chẳng đủ để đun một tách trà.

Khó khăn nằm tại phần hiệu quả và ngân sách sinh sản và cất trữ phản vật chất. Chế tạo 1 gam phản vật chất yên cầu năng lượng khoảng tầm 25 triệu tỉ kWh và tiêu tốn hơn một triệu tỉ đô la.

4. Có cái gọi là bẫy phản vật chất

Để nghiên cứu phản vật chất, bạn cần phải ngăn nó phân hủy với vật chất. Các nhà khoa học đã tạo ra những phương pháp làm mướn việc đó.

Các hạt phản vật chất mang điện như positron và phản proton có thể được giữ trong các dụng cụ gọi là bẫy Penning. Những cái bẫy này còn có thể ví như những chiếc máy gia tốc tí xíu. Bên trong bẫy, các hạt chuyển động xoắn ốc xung quanh từ trường và điện trường ngăn chúng va chạm với thành bẫy.

Nhưng bẫy Penning không hoạt động khi đối chiếu với các hạt trung hòa như phản hydrogen. Bởi vì chúng không mang điện, nên các hạt này sẽ không thể giam cầm được bằng điện trường. Thay vậy, chúng được giữ trong bẫy Ioffe, trong đó từ trường mạnh dần về mọi hướng. Các hạt bị mắc kẹt trong những vùng có từ trường yếu nhất, y chang như một viên bi lăn vòng quanh tại đáy bát.

Từ trường Trái đất cũng tác dụng như một loại bẫy phản vật chất. Các phản proton đã được tìm thấy trong các vùng xung quanh Trái đất gọi là vòng đai bức xạ Van sentayho.com.vn thêm: Chỉ Báo “ Full Margin Là Gì ? Khi Nào Nhà Đầu Tư Nên Sử Dụng

5. Phản vật chất có thể rơi lên

Các hạt phản vật chất và vật chất có cùng khối lượng nhưng khác nhau ở các tính chất như điện tích và spin. Mô hình Chuẩn dự đoán lực quyến rũ có tác dụng như nhau lên vật chất và phản vật chất; tuy nhiên, điều này trước đó chưa từng được tận mắt chứng kiến. Các thí nghiệm như AEGIS, ALPHA và GBAR đang nỗ lực xác nhận dự đoán này.

Việc quan sát tác dụng của lực quyến rũ lên phản vật chất rất khó như việc ngắm một quả táo từ trên cây rơi xuống. Các thí nghiệm này cần giữ phản vật chất trong một chiếc bẫy và làm nó chậm lại bằng phương pháp làm lạnh nó xuống những nhiệt độ gần sát không độ tuyệt đối. Và bởi vì lực quyến rũ là lực yếu nhất trong các lực cơ bản, cho nên các nhà vật lí phải sử dụng các hạt phản vật chất trung hòa trong các thí nghiệm này để tránh sự nhiễu loạn do lực điện gây ra.

6. Phản vật chất được nghiên cứu trong các máy giảm tốc hạt

Bạn từng nghe nói tới máy gia tốc hạt, nhưng bạn có biết còn tồn tại cái gọi là máy giảm tốc hạt không? CERN có một cỗ máy gọi là Máy giảm tốc Phản proton, một vòng trữ có thể bắt giữ và làm chậm các phản proton để nghiên cứu tính chất và hành trạng của chúng.

Trong các máy gia tốc tròn như Máy Va chạm Hadron Lớn, các hạt nhận một cú hích năng lượng mỗi lần hoàn thành một vòng xoay. Các máy giảm tốc hoạt động trái lại; thay vì tăng năng lượng, các hạt nhận một cú hích ngược làm chậm tốc độ của chúng.

7. Neutrino có thể là phản hạt của riêng chúng

Xem Thêm : Suede Là Gì? Ưu Nhược Điểm Của Vải Suede Trong Ngành Thời Trang

Mỗi hạt vật chất và đối hạt phản vật chất của nó mang điện tích trái dấu, nên chúng dễ dàng phân biệt được. Các neutrino, những hạt hầu như không khối lượng và hiếm khi tương tác với vật chất, không có điện tích. Các nhà khoa học tin rằng chúng có thể là các hạt Majorana, một họ hạt giả thuyết là phản hạt riêng của chúng.

Các dự án như Minh chứng Majorana và EXO-200 có mục tiêu xác định xem những neutrino có là hạt Majorana hay là không bằng phương pháp tìm kiếm một hành trạng gọi là phân rã beta kép không neutrino.

Một số hạt nhân phóng xạ tự phát phân rã, phóng thích hai electron và hai neutrino. Nếu các neutrino là phản hạt của riêng chúng, thì chúng sẽ phân hủy nhau sau phân rã beta kép, và các nhà khoa học sẽ chỉ quan sát thấy các electron.

Việc tìm kiếm các neutrino Majorana có thể giúp giảng giải vì sao tồn tại sự bất đối xứng phản vật chất-vật chất. Các nhà vật lí nêu giả thuyết rằng các neutrino Majorana có thể nặng hoặc nhẹ. Các neutrino nhẹ tồn tại hiện nay, còn các neutrino nặng chỉ tồn tại ngay sau Big Bang. Các neutrino Majorana nặng này phân hủy bất đối xứng, dẫn tới sự thừa một tẹo vật chất được cho phép vũ trụ của tất cả chúng ta tồn tại.

8. Phản vật chất được sử dụng trong y khoa

PET (Chiếu chụp positron) sử dụng hai positron để tạo ra ảnh phân giải cao của thân thể. Các đồng vị phóng xạ phát xạ positron (giống như đồng vị có mặt trong quả chuối) được đính với những hóa chất như glucose mà thân thể sử dụng tự nhiên. Các chất này được tiêm vào máu, trong đó chúng tự nhiên phân rã, phóng thích positron tới gặp electron trong thân thể và phân hủy. Các phân hủy đó tạo ra tia gamma được dùng để làm dựng lại hình ảnh.

Các nhà khoa học tại dự án ACE ở CERN đã nghiên cứu phản vật chất với vai trò là một ứng cử viên tiềm năng để điều trị ung thư. Các y sĩ phát hiện rằng họ có thể chiếu xạ các khối u bằng các chùm hạt sẽ phóng thích năng lượng của chúng sau thời điểm an toàn đi qua mô khỏe mạnh. Sử dụng các phản proton bổ sung thêm một xung năng lượng nữa. Kĩ thuật tỏ ra kiến hiệu ở các tế bào chuột đồng, nhưng các nhà nghiên cứu trước đó chưa từng tiến hành khảo nghiệm trên tế bào người.

9. Phản vật chất lẽ ra ngăn tất cả chúng ta tồn tại có thể vẫn đang ẩn náu trong không gian

Một cách mà các nhà khoa học theo đuổi nhằm giải bài toán bất đối xứng phản vật chất-vật chất là tìm kiếm phản vật chất còn sót lại từ thời Big Bang.

Quang quẻ từ phổ kế Alpha (AMS) là một máy dò hạt lắp ráp trên Trạm Vũ trụ Quốc tế tìm kiếm các hạt này. AMS chứa từ trường làm bẻ cong lối đi của rất nhiều hạt vũ trụ để phân tích vật chất khỏi phản vật chất. Các detector của nó ước định và nhận dạng các hạt khi chúng đi qua.

Các va chạm tia vũ trụ đều đặn sản sinh positron và phản proton, nhưng xác suất tạo ra một nguyên tử phản helium là cực kì thấp bởi vì nó yên cầu lượng năng lượng rất lớn. Điều này còn có tức thị việc quan sát thấy dù chỉ một hạt nhân phản helium thôi cũng là chứng cớ mạnh mẽ cho việc tồn tại của một lượng lớn phản vật chất ở đâu đó trong vũ trụ.

10. Con người thật sự đang nghiên cứu cách khai thác nhiên liệu phản vật chất cho phi thuyền vũ trụ

Chỉ một tí phản vật chất cũng luôn tồn tại thể sản sinh một năng lượng khổng lồ, biến nó thành một nhiên liệu thông dụng cho những phương tiện đi lại thuộc về tương lai trong tiểu thuyết khoa học viễn tưởng.

Sức đẩy tên lửa phản vật chất trên lí thuyết là có thể; hạn chế là việc thu gom đủ phản vật chất để nó hoạt động.Xem thêm: Roa Là Gì, Ý Nghĩa Của Roa Là Gì? Ý Nghĩa Và Công Thức Tính Roa Chính Xác Nhất

Hiện nay chẳng có công nghệ sẵn có nào để sinh sản hàng loạt hay thu gom phản vật chất trong thể tích cấp thiết cho ứng dụng này. Tuy nhiên, một số ít nhà nghiên cứu đã tiến hành các nghiên cứu mô phỏng về sức đẩy và cất trữ phản vật chất. Trong số này còn có Ronan Keane tại Viện Hàn lâm Western Reserve và Wei-Ming Zhang tại ĐH Kent State, và Marc Weber cùng các đồng sự tại ĐH Washington. Một ngày nào đó, nếu tất cả chúng ta có thể tìm ra phương thức chế tạo hoặc thu gom những lượng lớn phản vật chất, thì những nghiên cứu của họ có thể giúp sự du hành giữa các sao sử dụng sức đẩy phản vật chất trở thành hiện thực.