Phá vỡ một phần bí ẩn về phản vật chất và vật chất tối

Vấn đề với phản vật chất là dẫu Big Bang có thể tạo ra một số lượng lớn vật chất và phản vật chất ở mức tương đương nhau, vũ trụ mà chúng ta có thể quan sát được vốn được tạo ra từ vật chất. Phản vật chất được tạo ra hàng ngày trong các thí nghiệm từ các quá trình tự nhiên như ánh sáng, nhưng lại nhanh chóng bị các vụ va chạm với vật chất thông thường phá hủy. Các dự đoán chứng tỏ hiểu biết của chúng ta về vật chất chứa trong vũ trụ còn nhiều thiết hụt, và không ai biết tại sao lại tồn tại sự bất đối xứng này.

Trong trường hợp của vật chất tối, từ các quan sát thiên văn học, một số khối lượng chưa được biết rõ đang ảnh hưởng lên các quỹ đạo của các ngôi sao trong các thiên hà nhưng các đặc tính vi mô chính xác của những hạt mà chúng ta còn chưa rõ. Theo một lý thuyết khác, chúng là một dạng hạt mới chỉ tồn tại trên lý thuyết như hạt axion, vốn đóng vai trò quan trọng trong giải thích sự thiếu hụt  của xâm phạm đối xứng trong các tương tác mạnh trong mô hình chuẩn của vật lý hạt.

Nhóm hợp tác BASE đặt câu hỏi: liệu sự thiếu hụt phản vật chất có thể là do tương tác một cách khác biệt của nó với vật chất tối và họ thiết kế một thí nghiệm để tìm hiểu về giả thiết này. Để thực hiện nó, họ sử dụng bẫy Penning, một thiết bị được thiết kế một cách đặc biệt, để bẫy một hạt phản proton đơn lẻ có từ tính, ngăn nó không tương tác với vật chất thông thường và bị phá hủy. Sau đó họ đo đạc tính chất của  phản proton là tần suất tiến động spin (spin precession frequency). Thông thường, nó chỉ không đổi trong một từ trường cho trước và một biến điệu của tần suất này có thể được tính bằng một hiệu ứng trung gian do các hạt như axion tạo ra, về lý thuyết là ứng cử viên cho vật chất tối.

Tác giả thứ nhất của nghiên cứu này, Christian Smorra, cho biết, “lần đầu tiên, chúng tôi đã tìm ra một cách rõ ràng một tương tác giữa vật chất tôi và phản vật chất, và dẫu chúng tôi không thấy được sự khác biệt thì chúng tôi cũng tạo ra một giới hạn trên cho tương tác tiềm năng giữa vật chất tối và phản vật chất”.

Nhìn về tương lai, Stefan Ulmer của Bộ phận Cụm Nghiên cứu tiên phong ở RIKEN và là phát ngôn viên của Nhóm hợp tác BASE, nói: “Từ bây giờ, chúng tôi lập kế hoạch để cải thiện hơn nữa độ chính xác trong những đo đạc của chúng tôi về tần xuất tiến động spin của phản proton này, điều đó cho phép chúng tôi thiết lập được nhiều hơn những ràng buộc chặt chẽ về những bất biến cơ bản của điện tích, sự tương đương và thời gian và khiến việc tìm kiếm về vật chất tối thêm phần khả quan hơn”. 

Thanh Phương dịch

Nguồn: https://phys.org/news/2019-11-mysteries-antimatter-dark-linked.html