Thí nghiệm đột phá có thể chứng minh ánh sáng tạo ra vật chất

Các nhà vật lý tại đại học Imperial London mới đây đã thử nghiệm một ý tưởng vô cùng táo bạo trong lịch sử khoa học, có thể giúp chứng minh sự hình thành của vũ trụ là từ một vụ nổ ánh sáng vô cùng lớn (lý thuyết Big Bang). Với thí nghiệm vật lý này, các nhà khoa học muốn chứng minh có thể tạo ra vật chất chỉ bằng ánh sáng tinh khiết.

Thử nghiệm táo bạo này được bắt nguồn từ lý thuyết cách đây 80 năm của hai nhà vật lý Mỹ, Breit và Wheeler. Hai nhà vật lý này cho rằng việc phá hủy các cặp electron-positron sẽ tạo ra hai hoặc nhiều photon tự do, sau đó các photon này sẽ va chạm với nhau và tạo ra các cặp electron-positron mới (hay còn gọi là các cặp Breit-Wheeler), từ đó có thể tạo nên vật chất.

Trong một thí nghiệm nhằm tái hiện lại lý thuyết trên, các nhà khoa học tại đại học Imperial đã tìm ra một quá trình đặc biệt gồm hai bước. Bước đầu tiên, một chùm tia điện tử năng lượng cao sẽ bắn các electron với vận tốc ánh sáng vào một miếng vàng mỏng vài mm, trong môi trường chân không. Thông qua một quá trình gọi là “bức xạ hãm” (Bremsstrahlung), các tia điện tử năng lượng cao sau khi bắn phá vào mục tiêu sẽ mất đi động năng, tuy nhiên sau đó sẽ giải phóng các tia gamma gồm các hạt photon..

Bước thứ hai, các nhà khoa học sẽ tạo ra một từ trường để tập trung các tia gamma này thành một khoang hohlraum. Các hạt photon tập trung tại khoang này sẽ tiếp tục được bắn phá bởi chùm tia laser năng lượng cao, làm cho nó giống như một buồng bức xạ nhiệt mini. Các hạt photon trong khoang sẽ va chạm với các photon từ tia laser được chiếu vào và kết quả sẽ tạo ra hàng trăm ngàn cặp Breit-Wheeler.

Quy trình thử nghiệm của các nhà khoa học tại đại học Imperial.

Thử nghiệm này của các nhà vật lý nhằm tái hiện lại một vụ va chạm “tinh khiết” giữa các hạt photon, mà chỉ cần thực hiện trong phòng thí nghiệm chứ không cần đến máy gia tốc hạt cỡ lớn.

Bên cạnh đó, thí nghiệm này đặt ra tiền đề giúp các nhà khoa học dễ dàng tiếp cận lĩnh vực điện động lực học lượng tử. Đồng thời giúp chúng ta có thêm những kiến thức cơ bản về quá trình diễn ra trong vòng 100 giây đầu tiên khi vũ trụ hình thành, trả lời câu hỏi lớn nhất của ngành khoa học “Có phải một vụ nổ tia gamma siêu lớn đã tạo ra vật chất của vũ trụ đầu tiên?”

Tham khảo: Gizmag