Các nhà nghiên cứu ở trường đại học Copenhagen đã tìm ra điều xảy ra trong một dạng plasma cụ thể – vật chất đầu tiên hiện diện trong vũ trụ – trong suốt một phần triệu giây đầu tiên của Big Bang (một microsecond bằng 0,000001 giây hoặc 10−6 hoặc 1⁄1.000.000 giây).
Phát hiện của họ đem lại một miếng ghép cho bài toán về sự tiến hóa trong vũ trụ này như chúng ta biết ngày nay.
Khoảng 14 tỉ năm trước, vũ trụ của chúng ta thay đổi từ một trạng thái nóng hơn và đậm đặc hơn sang giãn nở một cách hoàn toàn – một quá trình mà các nhà khoa học đã gọi là Big Bang.
Và ngay cả dẫu chúng ta biết là sự giãn nở nhanh này tạo ra các hạt, các nguyên tử, các ngôi sao, các thiên hà và sự sống như chúng ta biết ngày nay nhưng các chi tiết về cách nó diễn ra như thế nào vẫn còn chưa rõ.
Hiện tại, một nghiên cứu mới “Measurements of mixed harmonic cumulants in Pb–Pb collisions at sNN=5.02 TeV” xuất bản trên tạp chí Physics Letters B của các nhà nghiên cứu trường đại học Copenhagen đã tiết lộ những cái nhìn mới về cách chúng bắt đầu như thế nào.
“Chúng tôi đã nghiên cứu về quark-gluon plasma – một trạng thái của vật chất vốn chỉ tồn tại trong một phần triệu giây đầu tiên của Big Bang. Các kết quả của chúng tôi cho thấy một câu chuyện độc nhất vô nhị về cách plasma này tiến hóa trong giai đoạn sớm của vũ trụ này”, You Zhou, phó giáo sư tại Viện nghiên cứu Niels Bohr, trường đại học Copenhagen, nói.
“Đầu tiên, plasma bao gồm các hạt quark và các gluon đã bị tách ra do giãn nở nóng của vũ trụ. Sau đó những miếng ghép của quark tái hình thành thành hạt gọi là các hadron. Một hardron với ba hạt quark tạo ra một proton, vốn thuộc về lõi nguyên tử. Các lõi này là những khối cơ bản cấu tạo nên trái đất, của chúng ta và vũ trụ xung quanh chúng ta”, anh cho biết thêm.
Từ dạng chảy trôi đến các khối cơ bản hùng mạnh của sự sống
Quark-gluon plasma (QGP) đã hiện diện trong một phần triệu giây đầu tiên của Big Bang, và sau đó biến mất do sự giãn nở với vũ trụ. Nhưng bằng việc sử dụng Large Hadron Collider tại CERN, các nhà nghiên cứu đã có thể tái tạo được thứ vật chất đầu tiên trong lịch sử vũ trụ và truy dấu xem cái gì diễn ra với nó.
“Cái máy gia tốc này cho va chạm các ion từ plasma với một vận tốc cực lớn – hầu như giống vận tốc ánh sáng. Điều này khiến chúng ta có thể nhìn thấy cách QGP tiến hóa từ thứ vật chất của chính nó thành lõi của các nguyên tử và các khối cơ bản của sự sống”, You Zhou nói.
“Thêm vào việc sử dụng cỗ máy gia tốc hạt lớn Large Hadron Collider, các nhà nghiên cứu cũng đã phát triển một thuật toán có thể phân tích sự mở rộng chung của nhiều hạt được tạo ra tại một thời điểm nhiều hơn trước kia. Các kết quả đó chứng tỏ QGP hữu dụng dưới dạng một hình thức lỏng mềm mại và có thể tự phân biệt với vật chất khác bằng thay đổi một cách liên tục hình dạng theo thời gian.
“Trong một thời gian dài, các nhà nghiên cứu cho rằng dạng plasma này là một hình thức của khí nhưng phân tích của chúng tôi xác nhận đo đạc quan trọng mới, nơi Hadron Collider chứng tỏ QGP có một kết cấu mềm mại, chảy trôi như nước. Những chi tiết mới do chúng tôi cung cấp cho thấy dạng plasma này đã thay đổi hình dạng của mình theo thời gian, vốn hoàn toàn khác biệt với bất kỳ vật chất nào mà chúng ta biết và những gì chúng ta có thể chờ đợi”, You Zhou nói.
Tiến gần thêm một bước với sự thật về Big Bang
Ngay cả khi nghĩ điều này có thể chỉ là một chi tiết nhỏ, nó cũng mang các nhà vật lý tiến thêm một bước gần hơn với việc giải bài toán Big Bang và cách vũ trụ phát triển trong phần triệu giây đầu tiên, anh nhấn mạnh.
“Mỗi khám phá là một viên gạch có thể mang đến cho chúng tôi cơ hội phát hiện ra sự thật về Big Bang. Chúng tôi đã mất tới 20 năm để phát hiện ra quark-gluon plasma rất chảy trôi trước khi nó thay đổi thành các hadron và các khối cơ bản của sự sống. Do đó, hiểu biết mới về hành xử của plasma là một đột phá với chúng tôi”, You Zhou kết luận.
Thanh Phương tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2021-05-reveals-microsecond-big.html
