Đã có thể tạo ra được vật chất và phản vật chất chỉ với tia laser

Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện Vật lý Áp dụng tại Học viện Khoa học Nga vừa công bố rằng họ đã tính toán được cách tạo ra vật chất và phản vật chất với tia laser.

Điều đó có nghĩa rằng, từ việc tập trung một tia laser cường độ cao, rồi chúng ta sẽ có thể sớm chế tạo được được vật chất và phản vật chất chỉ với ánh sáng đơn thuần.

Để hiểu hơn về những gì họ đã làm, ta phải hiểu rằng ánh sáng được tạo nên bởi những hạt photon năng lượng cao. Khi những photon ấy đi qua một trường điện mạnh, chúng sẽ mất một lượng phóng xạ đủ để biến chúng từ ánh sáng thành tia gamma, tại nên những cặp electron-positron, và từ đó tạo nên một trạng thái vật chất mới.

“Một trường điện mạnh có khả năng ‘đun nóng chân không’, một khoảng không đầy những ‘hạt ảo’ như cặp hạt electron-positron. Trường ấy có thể chuyển đổi loại của hạt từ trạng thái ảo sang thực”, đó là lời giải thích của Igor Kosstyukov về cách tính toán khái niệm động lực điện lượng tử (QED) của mình.

Một tầng QED (động lực điện lượng tử) là một chuỗi các quá trình bắt đầu bằng việc các electron và positron tăng tốc trong một trường laser. Rồi chúng sẽ dẫn theo được sự phát tán của các photon, electron và positrion năng lượng lớn.

Khi mà photon năng lượng lớn phân ra, chúng sẽ tạo ra những cặp electron-positron. Quan sát sự kiện tầng QED, ta đã xác định được một giả thuyết từ trước đây về nó, giả thuyết chưa bao giờ được xác nhận khi quan sát dưới điều kiện phòng thí nghiệm, cho tới thời điểm này.

Dựa vào những gì đã biết, các nhà nghiên cứu quan sát kĩ cách thức tia laser tương tác với một lá kim loại thông qua nhiều thử nghiệm giả lập khác nhau. Một kết quả bất ngờ, khi họ tìm ra rằng lượng photon năng lượng lớn được tạo ra bởi positron là lớn hơn lượng electron được tạo ra bởi lá kim loại.

Và ta có thể sản xuất ra một lượng positron khổng lồ khi kết hợp các thí nghiệm lại, có thể kết luận rằng đa phần các hạt được tạo ra bởi một tầng QED.

Tổng kết lại tất cả cái đống phức tạp kia, ta có được là: phát hiện này có thể cho ta một cách thức sản xuất vật chất và phản vật chất hiệu quả và không quá tốn kém. Tất nhiên là sẽ có cả những lợi ích cho ngành vũ trụ nữa, khi mà ta có những phương cách mới để cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ của mình.

Hai trạng thái hạt, có thể hiểu tương tự với hai trạng thái "vật chất" và "phản vật chất".

Như ta đã biết, phản vật chất là một thứ cực kì tốn kém, trong cả khâu sản xuất và lưu trữ nó. Tạo ra được 1 gram phản vật chất cần tới 25 triệu tỷ kilowatt-giờ năng lượng và sẽ tiêu tốn của chúng ta hơn một triệu tỷ USD.

Nghiên cứu mới này mở ra cho chúng ta một con đường phát triển mới, cũng cho ta một cái nhìn rõ ràng hơn vào tính năng của từng loại tương tác và chúng sẽ giúp ta tìm ra một cách áp dụng được cụ thể. Ví dụ như phát triển được một nguồn laser-plasma từ những hạt photon và positron đầy năng lượng, một hệ thống như vậy sẽ qua mặt bất cứ nguồn nào ta có ngày nay.

“Chúng tôi sẽ cố gắng phát triển kết quả này theo nhiều hướng khác nhau, và sẽ cố gắng tìm ra nhiều ứng dụng hơn với công nghệ này”, những nhà nghiên cứu khẳng định.

Tham khảo ScienceAlert