Trong những khoảnh khắc đầu tiên, vũ trụ vừa nóng vừa đậm đặc. Đó là một biển plasma gồm các hạt quark và gluon, từ đó hydro, heli. Trạng thái vũ trụ sơ khai này đôi khi được gọi là "súp nguyên thủy", và nhờ nghiên cứu mới, giờ đây chúng ta biết cách gọi đó phù hợp đến mức nào.
Dù từ lâu chúng ta đã biết về giai đoạn đầu sau Big Bang, việc hiểu đầy đủ bản chất của nó vẫn rất khó. Một số điều chúng ta có thể được suy ra từ các phép tính lý thuyết và từ những yếu tố như tỉ lệ hydro trên heli, nhưng lý thuyết chỉ có thể đưa chúng ta đi xa đến một mức nhất định. Hãy hình dung việc cố tính toán xem một vùng nước là chất rắn, chất lỏng hay chất khí chỉ bằng các mô phỏng máy tính về phân tử nước. Trên Trái Đất không tồn tại vật chất khối lớn nào có mật độ và nhiệt độ như vũ trụ thời kỳ đầu.
Tuy nhiên, phần bên trong của các hạt nhân nguyên tử lại khá gần với điều kiện đó. Vì thế, một cách để nghiên cứu vũ trụ sơ khai là thông qua các thí nghiệm vật lý hạt. Gần đây, một nhóm tại CERN đã cho các ion nặng va chạm với nhau. Các hạt này đâm vào nhau ở vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng, tạo ra trong thời gian rất ngắn một hỗn hợp quark và gluon tương tự như cái mà các nhà khoa học gọi là "súp nguyên thủy". Trạng thái này chỉ tồn tại trong một phần cực nhỏ của giây, nên các nhà khoa học không thể quan sát trực tiếp nó. Điều họ có thể làm là quan sát sự phân bố các hạt được tạo ra từ trạng thái plasma. Điều này giống như nghiên cứu sóng nước bằng cách quan sát các giọt nước bắn lên bờ.
Trong nghiên cứu gần đây này, nhóm nghiên cứu tập trung vào tương tác của các boson Z, một loại hạt mang tương tác yếu, tương tự như photon đối với tương tác điện từ. Họ so sánh kết quả quan sát được với các mô hình khác nhau của plasma quark-gluon (QGP). Mô hình phù hợp nhất là mô hình trong đó plasma này có tính chất giống như một thứ súp.
Điều mà họ thực sự tìm thấy là bằng chứng của các vệt sóng trong trường plasma. Nếu bạn đưa tay khuấy qua một bể nước, nó sẽ tạo ra những gợn sóng. Đó là vì nước là chất lỏng. Nếu bạn đưa tay qua cát, các hạt cát sẽ dịch chuyển, nhưng chúng không tạo ra các gợn lan truyền trong khối cát. Việc tìm thấy bằng chứng về các vệt thức này cho thấy các hạt chuyển động qua plasma quark-gluon hoạt động giống như một hòn đá đi qua nước. Plasma này có tính chất giống một chất lỏng đặc, kiểu như súp.
Việc biết rằng vật chất trong vũ trụ sơ khai là một hỗn hợp đặc quánh như "súp" sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn những thời khắc đầu tiên của vũ trụ. Những hiện tượng như sóng xung kích hoạt động khác nhau trong chất lỏng so với trong chất khí hay chất rắn, và điều đó có thể ảnh hưởng không chỉ tới cách những nguyên tử đầu tiên hình thành, mà còn tới cách các mầm mống ban đầu của thiên hà và lỗ đen xuất hiện.
Trong các nghiên cứu tương lai, nhóm hy vọng sẽ xác định rõ hơn các chi tiết của những vệt này, chẳng hạn như chúng lan truyền nhanh đến mức nào qua plasma và chúng có kích thước ra sao. Điều đó sẽ cho phép họ xác định các đặc tính tổng thể như mật độ và độ nhớt của chất lỏng. Nói cách khác, "súp nguyên thủy" thực sự đặc đến mức nào.
Nguyễn Đình Nam
Theo Universetoday
