Phát hiện mới: tìm ra bằng chứng chứng minh sự tồn tại của "hạt thiên thần" sau 80 năm tìm kiếm

Hạt thiên thần là loại hạt đồng thời chứa cả các phản hạt trong cùng một thời điểm. Các nhà khoa học ở Đại học Stanford và Đại học California, Mỹ đã tiến hành thành công thí nghiệm chứng minh về sự tồn tại của "hạt thiên thần".

• Phát hiện hạt vật chất mới nặng hơn 4 lần so với proton
• "Dịch chuyển tức thời" thành công hạt photon vào vũ trụ

Ảnh minh họa: Internet.

Trong vũ trụ, mọi hạt cơ bản đều có phản hạt, loại hạt có cùng khối lượng nhưng mang điện tích trái dấu. Khi một hạt gặp phản hạt của nó, cả hai sẽ triệt tiêu lẫn nhau.

Nhưng từ năm 1937, nhà vật lý học người Italy Ettore Majorana đã đưa ra ý tưởng về hạt và phản hạt. Ông cho rằng trong các dòng hạt hạt fermion (hạt vật chất) gồm các hạt proton, electron, neutron, neutrino and quark sẽ có một số hạt thực sự sở hữu phản hạt bên trong. Giới nghiên cứu gọi các hạt như vậy là hạt Majorana.

Nhà vật lý học người Italy Ettore Majorana.

Để chứng minh sự tồn tại của hạt Majorana, nhóm nghiên cứu đã dính hai tấm phim mỏng làm từ hai vật liệu lượng tử chồng lên nhau, sau đó cho một dòng điện chạy qua trong môi trường chân không.

Kết quả là một trong hai tấm phim là vật liệu siêu dẫn, tấm còn lại là chất cách điện topo siêu dẫn (topological là dạng không gian mà đặc tính của vật chất được bảo toàn qua các biến dạng).

Tấm cách điện này cho phép electron di chuyển nhanh dọc theo mép của bề mặt vật liệu mà không chạy qua trung tâm.

Tiếp theo, họ rải thêm một lượng nhỏ vật liệu từ, dòng electron chảy theo một hướng dọc mép bên này và hướng ngược lại ở mép bên kia. Các nhà nghiên cứu rà nam châm qua vật liệu, khiến tất cả electron di chuyển chậm dần, cuối cùng dừng lại và đảo hướng. Lúc này, các giả hạt bắt đầu xuất hiện theo từng cặp từ vật liệu và di chuyển cùng hướng với electron.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy điều đặc biệt ở đây, khi dừng lại và đảo chiều, giả hạt dịch chuyển trên quãng đường bằng đúng một nửa so với electron. Điều này chứng tỏ mỗi giả hạt chỉ là một nửa của hạt. Đây chính là bằng chứng chỉ ra sự tồn tại của hạt Majorana.

Loại hạt mới này được đặt tên là "hạt thiên thần", lấy cảm hứng từ quả bom kết hợp vật chất và phản vật chất trong cuốn tiểu thuyết nổi tiếng Thiên thần và Ác quỷ của nhà văn Dan Brown.

Giáo sư Shoucheng Zhang, người đứng đầu nhóm nghiên cứu cho biết, hạt Majorana có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất máy tính lượng tử tốc độ siêu nhanh trong tương lai xa.

Trên thực tế, nhóm nghiên cứu của giáo sư Zhang chỉ tìm ra các dấu hiệu cơ bản về vật chất bị kích thích, hoạt động giống hạt Majorana chứ không thực sự nhìn thấy các hạt thiên thần. Họ chưa thể xác định các hạt thiên thần có tồn tại trong tự nhiên hay không.

Nhưng dựa vào những dấu hiệu có được trong thí nghiệm này, các nhà nghiên cứu có thể dự đoán chuẩn xác nơi nào có thể tìm ra hạt Majorana. Đồng thời, phát hiện này cũng xác nhận được một trong những lý thuyết cơ bản đã kéo dài suốt 80 năm qua của vật lý học.

Kết quả nghiên cứu về loại hạt mới này được công bố trên tạp chí Science.