Bên trong nhà máy phản vật chất duy nhất trên thế giới

Pham Xuyen

Từ năm 1995 đến nay, nhà máy phản vật chất của CERN - Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu mới chỉ sản xuất được tổng cộng 10 nanogram do phản vật chất rất dễ bị triệt tiêu.

Nhà máy sản xuất phản vật chất

Phản vật chất cấu tạo từ các hạt sơ cấp giống vật chất thông thường nhưng với điện tích trái dấu nên khi 2 hạt tương tác với nhau sẽ triệt tiêu nhau tạo ra năng lượng. Phản vật chất là vật liệu nổ mạnh nhất trong vũ trụ, chỉ 1 gram cũng có thể tạo ra vụ nổ tương đương một quả bom nguyên tử.

Nhà máy phản vật chất của CERN là nơi các nhà vật lý học tìm cách giải đáp những câu hỏi cơ bản về nguồn gốc của vũ trụ bằng cách tạo ra phản proton và phản hydrogen để nghiên cứu những đặc điểm của chúng.

Máy Proton Synchrotron tiếp tục tăng tốc chùm hạt dọc theo đường vòng dài 628 m. Chùm proton sẽ va đập vào khối cấu tạo chủ yếu từ nguyên tố hóa học iridium và tương tác với iridium. Sau va chạm thứ một triệu sẽ , sản sinh khoảng 4 hạt phản proton.

Các hạt phản proton mang năng lượng di chuyển hỗn loạn tiến vào máy giảm tốc phản proton. Tại đây, những nam châm mạnh (màu xanh trong hình) sẽ khiến hạt phản proton bay chậm lại và dẫn chúng đi theo đường vòng của máy.

Hạt phản proton tiếp tục đi qua những nam châm 4 cực (màu đỏ trong hình) và bị nén lại.

Tốc độ của hạt phản proton bị giảm tới khoảng 1,5% vận tốc ánh sáng do vòng phản proton năng lượng cực thấp trong ảnh. Điều này giúp các nhà vật lý giữ lại được hạt phản vật chất.

Khu vực buồng chân không có môi trường chân không gần như hoàn hảo do được nung nóng tới khoảng 250 độ C để loại bỏ khí gas và hơi nước. Khu vực này giúp giữ lại hạt phản vật chất nếu không chúng sẽ bị triệt tiêu khi tiếp xúc với vật chất thông thường.

Một thiết bị đo áp suất theo dõi điều kiện chân không để đảm bảo rằng vật chất và phản vật chất không thể tiếp xúc. Dù như vậy, những thí nghiệm này chỉ có thể tạo ra lượng phản vật chất cực kỳ nhỏ. Theo lý thuyết, các nhà khoa học cần 10 nghìn tỷ năm để sản xuất chỉ 25g phản vật chất, mức cần thiết cho một quả bom phản vật chất.

Hạt phản proton và phản electron, những đơn vị cấu tạo hạt phản hydro được giữ trong ống thu nơ-ron được làm mát tới gần nhiệt độ 0 tuyệt đối, chứa giấy bạc siêu mỏng, chỉ dày khoảng 1,5 micromet. Tại đây, hạt phản proton truyền đến từ vòng ELENA bị hãm tốc độ và thu thập. Vào năm 2018, khi chưa lắp đặt ELENA để hạt phản proton di chuyển chậm hơn, CERN thu được chưa đến 1% hạt phản proton sản xuất được. Hiện nay, số lượng thu được đã lên tới 70%.

Hạt phản proton sau khi bị ELENA hạ tốc độ, sẽ chuyển sang các thí nghiệm khác trong nhà máy phản vật chất. Ví dụ, thí nghiệm AEgIS thu phản vật chất bằng cách sử dụng bẫy sản xuất hạt phản hydro với từ trường mạnh ở mỗi bên.

Một thí nghiệm khác mang tên ASACUSA để kiểm tra xem hạt phản proton hạt proton có cùng khối lượng như nhau không.

Trong khu thí nghiệm ALPHA, nam châm siêu dẫn chứa đầy heli lỏng giúp lưu trữ các nguyên tử phản hydro. Năm 2011, thí nghiệm ALPHA ở CERN lưu trữ thành công 309 nguyên tử phản hydro, một số nguyên tử lưu lại gần 17 phút.

Dù hiệu quả thấp nhưng chi phí sản xuất phản vật chất vẫn cực kỳ đắt đỏ. Cần tới 62,5 nghìn tỷ USD để sản xuất một gram phản vật chất. Đó là lý do CERN chỉ sản xuất được tổng cộng chưa tới 10 nanogram kẻ từ năm 1995 tới nay, khi tổ chức này bắt đầu tạo ra phản vật chất.

Thứ Ba, 09/05/2023 15:17

5 ★ 4 👨 248

Bạn nên đọc

0 Bình luận

Sắp xếp theo

Xóa Đăng nhập để Gửi

Có thể bạn quan tâm

Khám phá khoa học