Sự ra đời của vật lý học tương đối của Einstein đã cho chúng ta hiểu hơn về vật chất xung quanh, về tính chất sóng của hạt và tính chất hạt trong mỗi sóng. Nó cũng là cơ sở để phát hiện ra một dạng vật chất đặc biệt, liên quan nhưng trái ngược và đối xứng với tất cả những dạng vật chất hàng ngày chúng ta có thể cảm biết : phản vật chất.
Lịch sử
-Trên cơ sở lý thuyết tương đối, lần đầu tiên phản vật chất và các hạt của nó (phản hạt) được dự đoán bởi nhà vật lý lý thuyết Paul Dirac (1902-1984, Đồng giải Nobel vật lý năm 1933 với Erwin Schrödinger về lý thuyết nguyên tử).
-Đến năm 1932, phản hạt đầu tiên được phát hiện bởi Carl David Anderson (1905-1991), đó là một phản hạt của hạt electron với cùng khối lượng và giá trị điện tích, nhưng điện tích của hạt này trái dấu với electron, nó mang điện tích dương. Hạt này được đặt tên là positron, phát hiện đã mang lại giải Nobel Vật lý năm 1936 cho Anderson.
-Năm 1955, Emilio Segrè và Owen Chamberlain sử dụng một máy gia tốc tại đại học Berkeley phát hiện ra loại phản hạt thứ hai, hạt antiproton (phản hạt của proton), hạt này mang điện tích âm (trong khi proton mang điện tích dương) (sau này người ta biết rằng proton tạo thành từ các quark và do đó các antiproton tất nhiên phải tạo thành từ antiquark/phản quark), giải Nobel năm 1959 được trao cho hai nhà khoa học nêu trên vì phát hiện này.
Năm 1956, antineutron (phản hạt của neutron) được phát hiện bởi Bruce Cork khi quan sát sự va chạm của các proton tại phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley
-Sau khi phát hiện ra đủ phản hạt của 3 loại hạt cấu tạo nên một nguyên tử của vật chất thông thường, câu hỏi đặt ra là liệu các hạt này có thể kế hợp với nhau như hạt thường không. Câu trả lời có vào năm 1965 với việc phát hiện ra antinuclei (phản hạt nhân), sự kết hợp giữa một antiproton và một antineutron đã tạo ra một antideuteron )phản hạt của hạt deuteri - hydro nặng)
-Năm 1995, đáp án cuối cùng cho bài toàn về sự tồn tại của phản vật chất hoàn chỉnh như đối với vật chất thông thường được giải đáp khi người ta tạo ra được antiatom (phản nguyên tử) của nguyên tử hydro bằng sự kết hợp của positron và antiproton.
(Nguyên tử Hydro và phản hạt của nó)
Tính đối xứng
Lý thuyết của Dirac dự đoán rằng tồn tại một tính đối xứng của hạt và phản hạt. Có nghĩa là: mỗi hạt bất kì sẽ luôn tồn tại một phản hạt của chính nó với cùng khối lượng và điện tích trái dấu. Khi có năng lượng đủ cao, hạt sẽ tự tạo ra phản hạt của mình. Khi hạt gặp phản hạt của chính mình, cả hai sẽ cùng tiêu hủy và trở về dưới dạng năng lượng. Nhiều bộ phim viễn tưởng đã từng làm ra những quả bom hay những cuộc tấn công của người hành tinh khác bằng phản hạt, sẽ là không thể chống lại vì những bức tường vật chất thông thường để chống bom sẽ cùng tan biến với phản vật chất khi gặp nhau. Tuy nhiên chúng ta có thể yên tâm vì viễn cảnh đó khó mà có thể xảy ra vì việc tạo ra vài chục hay vài trăm phản hạt hiện nay đã là rất khó khăn, không máy gia tốc nào có thể tạo ra dù chỉ một viên đạn bằng phản hạt. Còn nếu một người hành tinh nào đó sống tại nơi chỉ có toàn phản hạt thì khi đến tấn công Trái Đất, vấn đề của họ sẽ là vật chất của chúng ta lại chính là phản vật chất của họ.
Bất đối xứng từ Big Bang
Mô hình vũ trụ hiện đại với sự có mặt của phản vật chất cho rằng ở thời điểm vũ trụ sinh ra nhờ vụ nổ Big Bang, vật chất và phản vật chất cùng được sinh ra và ném đi xa. Tính đối xứng như nêu trên cho biết năng lượng cao, hạt có thể sinh ra phản hạt và tự hủy lẫn nhau. Như vậy trong lịch sử vũ trụ, các hạt và phản hạt khi có cơ hội tiếp xúc sẽ hủy lẫn nhau. Câu hỏi đặt ra là: như vậy phải có một sự bất đối xứng khi mà số lượng hạt chiếm ưu thế hơn hẳn số lượng phản hạt, vì nếu chúng bằng nhau thì chắc vũ trụ đã tự tiêu hủy rất nhanh.
Đến nay đây vẫn là một câu hỏi chưa được giải đáp của vật lý và thiên văn học. Có thể do các thăng giáng năng lượng ban đầu làm lượng hạt lớn hơn phản hạt, cũng có thể ở một phần vũ trụ chưa nhìn thấy lại là thế giới của phản hạt.
Có thể chúng ta nói rằng mình may mắn vì đã sinh ra trong 1 thế giới toàn hạt chứ không phải phản hạt, cũng không sai. Nhưng hãy lưu ý rằng từ "phản" (anti) ở đây mang ý nghĩa tương phản, đối xứng, có nghĩa nếu như bạn sinh ra trong thế giới đối xứng với thế giới hiện nay, thì khi đó các phản hạt lại là hạt của bạn và các hạt trong thế giới này mới được gọi là phản hạt.
Tháng 4 năm 2011
Đặng Vũ Tuấn Sơn
Vui lòng ghi rõ tên tác giả và nguồn thienvanvietnam.org khi bạn sử dụng bài viết này.
Đọc thêm:
Thế giới hạt cơ bản
Vật chất tối và năng lượng tối
