Dùng phương trình của Einstein để tạo vật chất từ ánh sáng

Trong quá trình chứng minh phương trình E=mc2 nổi tiếng của Einstein, một nhóm nhà vật lý học đã tạo ra vật chất từ ánh sáng thuần túy lần đầu tiên.

Máy dò STAR ở phòng thí nghiệm Brookhaven phát hiện cặp vật chất - phản vật chất tạo bởi thí nghiệm.

Phương trình E=mc2 của Albert Einstein phát biểu nếu cho hai photon mang năng lượng đủ cao hoặc các hạt ánh sáng va đập vào nhau, bạn có thể tạo ra vật chất ở dạng electron và phản vật chất tương ứng của nó là positron. Được mô tả lần đầu tiên bởi hai nhà vật lý học người Mỹ Gregory Breit và John Wheeler năm 1934, từ lâu đây vẫn là một trong quy trình khó quan sát nhất trong vật lý, chủ yếu do photon va đập cần phải là tia gamma năng lượng cao và các nhà khoa học chưa thể tạo ra laser tia gamma. Những thí nghiệm thay thế cho thấy vật chất được sản sinh từ nhiều photo, nhưng không đủ để chứng minh giả thuyết.

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đến từ Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven ở New York cho biết họ đã tìm ra giải pháp. Sử dụng Máy va chạm ion nặng tương đối tính (RHIC) của phòng thí nghiệm, họ có thể tạo ra những phép đo gần như trùng khớp với dự đoán về quá trình biến đổi kỳ lạ.

Trong nghiên cứu công bố hôm 27/7 trên tạp chí Physical Review Letters, thay vì gia tốc trực tiếp photon, các nhà nghiên cứu đẩy nhanh tốc độ hai ion, hạt nhân nguyên tử bị tách khỏi electron và tích điện dương, trong một đường vòng lớn trước khi cho chúng bay qua nhau và suýt va chạm. Do ion là hạt mang điện tích di chuyển gần tới vận tốc ánh sáng, chúng cũng đi kèm trường điện từ. Bên trong trường điện từ đó có nhiều photon "ảo" di chuyển cùng với ion giống như đám mây", Zhangbu Xu, nhà vật lý ở phòng thí nghiệm Brookhaven giải thích.

Hạt ảo là những hạt chỉ tồn tại chớp nhoáng khi xuất hiện rối loạn trong trường điện từ giữa các hạt thật. Chúng không có cùng khối lượng như hạt thật (khác với hạt thật, photon ảo có khối lượng). Trong thí nghiệm này, khi ion bay vụt qua nhau gần tới mức suýt va chạm, hai đám mây photon ảo của chúng di chuyển nhanh tới mức hoạt động như hạt thật. Các hạt ảo này va chạm, sinh ra cặp electron - positron thật mà nhóm nghiên cứu phát hiện được.

Để chắc chắn đây đích thực là quan sát về quá trình Breit-Wheeler, các nhà vật lý học phải chứng minh photon ảo hoạt động giống photon thật. Nhằm kiểm tra hành vi của photon ảo, họ phát hiện và phân tích các góc giữa hơn 6.000 cặp electron - positron sinh ra trong thí nghiệm.

Khi hai hạt thật va chạm, sản phẩm phụ sẽ được tạo ra ở những góc khác so với nếu hình thành từ hai hạt ảo. Nhưng trong thí nghiệm này, sản phẩm phụ của các hạt ảo bật trở lại ở cùng một góc như sản phẩm phụ từ hạt thật. Qua đó, nhóm nghiên cứu có thể xác nhận những hạt họ quan sát hoạt động như tương tác của hạt thật. Họ đã chứng minh thành công quy trình Breit-Wheeler. Đây là bước quan trọng đầu tiên trước khi các nhà vật lý phát triển tia laser đủ mạnh để thực hiện quy trình với photon thật.

Theo Vnexpress