Để tạo ra vật chất từ ánh sáng, phương trình Einstein '100 năm tuổi' đã được sử dụng lần đầu tiên.

Cụ thể, nếu hai photon, mỗi hạt mang năng lượng ánh sáng, đập vào nhau đủ mạnh, bạn có thể tạo ra cả electron và electron đối lập, một positron.

Gregory Breit và John Wheeler, các nhà vật lý người Mỹ, đã đề xuất phương pháp Breit-Wheeler vào năm 1934 để tổng hợp vật chất từ ánh sáng. Tuy nhiên, quy trình này vẫn là một trong những thách thức vật lý khó khăn nhất cho đến nay, chủ yếu vì các photon va chạm cần phải là các tia gamma năng lượng cao, một điều gần như bất khả thi đối với các nhà khoa học.

Nhiều thử nghiệm bổ sung đã chứng minh rằng vật chất được tạo ra từ nhiều photon, nhưng chúng đã không cung cấp đủ thông tin để hỗ trợ đầy đủ quy trình nói trên.

Các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven ở New York gần đây đã thông báo rằng họ đã tìm thấy một chiến lược đi vòng để vượt qua khó khăn.

Các phép đo phù hợp với những dự đoán về hành vi kỳ lạ của các hạt có thể được tạo ra bằng cách sử dụng thiết bị phòng thí nghiệm Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC - Máy va chạm Ion nặng Tương đối tính).

Breit và Wheeler đã nhận thấy rằng điều đó gần như bất khả thi trong nghiên cứu của họ. Zhangbu Xu, nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm Brookhaven, cho biết. '(Vào thời điểm đó) laser thậm chí còn chưa xuất hiện!' Tuy nhiên, Breit và Wheeler đã đưa ra một lựa chọn thay thế: tăng tốc độ di chuyển của các hạt ion. Họ đúng là những gì chúng tôi đang làm với RHIC khi tìm kiếm một giải pháp thay thế, và đó chính xác là những gì chúng tôi đang làm với RHIC.

Các nhà khoa học tăng tốc 2 ion vàng, là các hạt nhân nguyên tử đã bị loại bỏ và do đó có điện tích dương, thay vì gia tốc các hạt photon trong một máy gia tốc lặp lớn, trước khi cho chúng đi qua nhau và va chạm. Các hạt mang điện này di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng và mang theo trường điện từ xung quanh chúng. Các hạt photon "ảo" đi kèm với chúng trong trường điện từ này.

Các hạt ảo là những hạt chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian rất ngắn do sự nhiễu loạn trong các trường tồn tại giữa các hạt thực. Mặc dù chúng không có khối lượng giống như các hạt thực, các hạt photon ảo có khối lượng không giống như các hạt thực (không giống như các hạt photon thực không có khối lượng).

Trong thí nghiệm này, hai đám mây photon ảo của các ion lướt qua nhau ở khoảng cách gần chuyển động nhanh đến mức chúng hoạt động như thể chúng có thật. Khi các hạt ảo này va chạm với nhau, các nhà khoa học nhận thấy rằng chúng tạo ra một cặp positron và electron rất giống nhau.

Nói cách khác, các nhà khoa học đã cho các "photon ảo" xung quanh những ion tốc độ cao va chạm nhau trong khi chưa thể sản xuất các photon đủ nhanh để va chạm và tạo ra vật chất. Các photon ảo cho thấy cũng có thể sinh ra vật chất khi chúng có cặp electron-positron, còn được gọi là cặp vật chất và phản vật chất, mà chúng phát hiện ra từ thí nghiệm.

Các nhà vật lý phải đảm bảo rằng các photon ảo của họ hoạt động giống như các hạt thật để đảm bảo rằng phát hiện này có thể chứng minh cho quy trình Breit-Wheeler hoặc các hạt ảo càng giống thật càng tốt. Các nhà vật lý đã thu thập và phân tích hơn 6.000 cặp electron-positron từ thí nghiệm này để tìm hiểu hành vi của các hạt photon ảo.

Các sản phẩm phụ được tạo ra khi hai hạt thật va chạm với nhau ở các góc khác nhau so với khi các hạt được tạo thành từ hai hạt ảo. Tuy nhiên, trong thí nghiệm này, sản phẩm phụ bật ra từ va chạm của các hạt ảo bật có góc tương tự như của các sản phẩm phụ từ các hạt thật. Vì vậy, các nhà khoa học có thể kết luận rằng các hạt mà họ nhìn thấy hoạt động như thể chúng được tạo ra bằng một tương tác hợp lệ. Cuối cùng, họ đã thành công chứng minh quy trình Breit-Wheeler.

Mức năng lượng và sự phân tán của hệ chất này cũng được đánh giá bởi các nhà khoa học. Chúng phù hợp với các giả định lý thuyết về những gì sẽ xảy ra với các hạt photon thật. Nhà vật lý học Daniel Brandenburg tại Brookhaven đã cho biết trong một tuyên bố.

Không thể phủ nhận rằng các photon ảo này là các hạt ảo, ngay cả khi chúng hoạt động giống như hạt thật. Điều này làm dấy lên câu hỏi liệu thí nghiệm này có phù hợp với quy trình Breit-Wheelr hay không, nhưng đây rõ ràng là bước tiến quan trọng đầu tiên cho đến khi các nhà vật lý có thể phát triển tia laser đủ mạnh để hỗ trợ quá trình này bằng các photon thật.

 Theo Tạp chí Điện tử

Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống