Vật chất từ ánh sáng được tạo ra lần đầu tiên bằng cách sử dụng phương trình Einstein "100 năm tuổi".

Cụ thể, bạn có thể tạo ra vật chất dưới dạng một electron và một phản vật chất đối lập với nó, một positron, nếu hai photon, các hạt mang năng lượng ánh sáng, đập vào nhau đủ mạnh.

Các nhà vật lý Mỹ Gregory Breit và John Wheeler đã đề xuất một phương pháp để tạo ra vật chất từ ánh sáng vào năm 1934 từ lý thuyết này, được gọi là phương pháp Breit-Wheeler. Quy trình này vẫn là một trong những thách thức khó khăn nhất của ngành vật lý cho đến nay, chủ yếu bởi vì các photon va chạm cần phải là các tia gamma năng lượng cao, một điều hiện bất khả thi đối với các cá nhà khoa học.

Nhiều thử nghiệm thay thế khác đã chứng minh rằng vật chất được tạo ra từ nhiều photon, nhưng chúng lại thiếu dữ liệu cần thiết để hỗ trợ quy trình nói trên một cách rõ ràng.

Các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven ở New York gần đây đã thông báo rằng họ đã tìm ra một cách để vượt qua khó khăn đó.

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

Breit và Wheeler đã phát hiện ra rằng điều gần như bất khả thi trong nghiên cứu của họ. Theo Zhangbu Xu, nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm Brookhaven. "(Vào thời điểm đó) laser thậm chí còn chưa tồn tại! Tuy nhiên, Breit và Wheeler đề xuất một giải pháp thay thế: tăng tốc các hạt ion. Và những gì chúng tôi đang làm với RHIC là giải pháp thay thế của chúng tôi.

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

Các hạt ảo là những hạt chỉ tồn tại trong một thời gian rất ngắn khi có sự nhiễu loạn trong các trường tồn tại giữa các hạt thực. Chúng không có cùng khối lượng với các hạt thực (nhưng không giống các hạt photon thực có khối lượng; các hạt photon ảo có khối lượng).

Trong thí nghiệm này, khi các ion lướt qua nhau ở khoảng cách gần, hai đám mây photon ảo của chúng chuyển động nhanh đến mức chúng hoạt động như thể chúng có thật. Kết quả là khi các hạt ảo này va chạm với nhau, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng chúng tạo ra một cặp electron và positron rất giống thật.

Nói cách khác, các nhà khoa học đã cho các "photon ảo" xung quanh các ion tốc độ cao va chạm nhau trong khi các photon thực tế không thể tạo ra các photon đủ nhanh để va chạm vào nhau để tạo ra vật chất. Các photon ảo cho thấy cũng có thể sinh ra vật chất bằng cách hiển thị cặp electron-positron, còn được gọi là cặp vật chất và phản vật chất, mà họ 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 chắc chắn 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 phát hiện và phân tích hơn 6.000 cặp electron-positron được tạo ra từ thí nghiệm này để kiểm tra hành vi của các hạt photon ảo.

Sản phẩm phụ được tạo ra khi hai hạt thật va chạm vào nhau ở các góc khác nhau so với khi các hạt được tạo ra 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 sản phẩm phụ từ các hạt thật. Do đó, các nhà nghiên cứu có thể xác nhận rằng các hạt mà họ nhìn thấy đang hoạt động như thể chúng được tạo ra bởi một tương tác thực sự. Cuối cùng họ đã thành công trong việc xác minh thành công quy trình Breit-Wheeler.

Mức năng lượng và sự phân tán của hệ chất này cũng được đo lường bởi các nhà nghiên cứu. "Chúng đồng nhất với các tính toán lý thuyết về những gì sẽ xảy ra với các hạt photon thật." Daniel Brandenburg, nhà vật lý học tại Brookhaven, cho biết trong tuyên bố.

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