Các nhà vật lý tái tạo vụ nổ Bigbang ở quy mô siêu nhỏ

Tổ chức nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN) đã tạo ra các phiên bản vi mô của Vũ trụ sơ khai bằng cách cho các hạt nhân nguyên tử nhỏ đến bất ngờ va chạm với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.

Ngay sau Vụ Nổ Lớn, nhiệt độ và mật độ vật chất trong vũ trụ cao đến mức proton và neutron chưa thể hình thành. Thay vào đó, các hạt cơ bản cấu tạo nên chúng là quark và gluon tồn tại gần như tự do trong một trạng thái vật chất gọi là plasma quark-gluon (QGP).

cern-inside-detector-1100x600.jpg
Máy dò ALICE tại CERN (ảnh: Julien Ordan/CERN)

Các nhà khoa học tin rằng trạng thái này chỉ tồn tại trong khoảng một phần triệu giây đầu tiên của Vũ trụ. Sau đó, Vũ trụ giãn nở và nguội đi, khiến quark và gluon liên kết lại để tạo thành proton, neutron rồi các hạt nhân nguyên tử.

Cuối cùng, từ những thành phần đó mới hình thành các ngôi sao, hành tinh và vật chất.

Để nghiên cứu giai đoạn cực kỳ xa xưa này, các nhà vật lý tại CERN đã sử dụng Máy gia tốc hạt lớn (LHC), nơi các hạt nhân nguyên tử được tăng tốc lên gần tốc độ ánh sáng rồi cho va chạm trực diện.

Những vụ va chạm giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ trong một không gian cực nhỏ, tạo ra một “giọt” plasma quark-gluon có nhiệt độ và mật độ cực cao. Nó tồn tại trong thời gian ngắn đến mức các nhà khoa học không thể quan sát trực tiếp. Thay vào đó, họ phân tích hàng loạt hạt được tạo ra sau va chạm và xem chúng bay theo những hướng nào.

Trước đây, các nghiên cứu chủ yếu sử dụng những hạt nhân rất nặng, chẳng hạn chì, bởi người ta cho rằng cần một hệ va chạm đủ lớn mới tạo ra được plasma quark-gluon.

Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Niels Bohr, Đại học Copenhagen, phối hợp với thí nghiệm ALICE tại CERN đã cho oxy-16 và neon-20 tham gia những vụ va chạm năng lượng cực cao. Kết quả cho thấy các hạt rất nhẹ vẫn có thể tạo ra những dấu hiệu đặc trưng của vật chất giống plasma quark-gluon.

neon-20-and-oxygen-16-collisions.jpg
Hình ảnh minh họa sự kiện va chạm giữa Neon-20 và Oxygen-16 tại Máy gia tốc hạt lớn CERN.

Đây là điểm đặc biệt của oxy và neon. Hạt nhân oxy có hình dạng tương đối tròn, trong khi hạt nhân neon-20 được dự đoán có dạng thuôn dài. Khi hai loại hạt nhân này va chạm, hình dạng ban đầu của chúng để lại những dấu ấn khác nhau trong chuyển động của các hạt sinh ra sau đó.

Với vật lý hạt nhân, hình dạng của hạt nhân phản ánh cách proton và neutron được sắp xếp bên trong và cung cấp thông tin về lực mạnh, một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên và là lực giữ các thành phần của hạt nhân liên kết với nhau.

Với vũ trụ học, những thí nghiệm này giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về Vũ trụ trong những khoảnh khắc đầu tiên sau Vụ Nổ Lớn. Các nhà nghiên cứu hiện muốn tiếp tục giảm kích thước của hệ va chạm, thậm chí thử nghiệm với những hạt nhân nhẹ hơn như heli-4. Mục tiêu là tìm ra ranh giới: cần tối thiểu bao nhiêu vật chất và năng lượng để tạo ra một giọt plasma quark-gluon?

Nếu xác định được giới hạn đó, các nhà vật lý không chỉ hiểu rõ hơn về cấu trúc của hạt nhân mà còn có thêm một “phòng thí nghiệm” để tái hiện những điều kiện cực đoan từng tồn tại khi Vũ trụ mới chỉ vài phần triệu giây tuổi.

Sự thật về hạt Quark

Ánh sáng 13 tỷ năm tuổi hé lộ gì về vụ nổ Big Bang?

Từ một vũ trụ nóng, đặc và nhỏ bé, không gian đã giãn nở suốt hàng tỷ năm để trở thành vũ trụ chúng ta đang nhìn thấy hôm nay.

Khi nghe đến Vụ Nổ Lớn (Big Bang), nhiều người hình dung một vụ nổ khổng lồ xảy ra tại một điểm trong khoảng không. Nhưng đó không thực sự là cách các nhà vũ trụ học mô tả sự kiện này. Big Bang là mô hình cho rằng vũ trụ từng ở trạng thái cực nóng và đặc, sau đó chính không gian bắt đầu giãn nở. Câu hỏi thú vị hơn là làm thế nào chúng ta biết điều đó từng xảy ra?

NASA gây chấn động phát hiện thiên hà cổ xưa nhất sau Big Bang

Kính viễn vọng James Webb của NASA vừa xác nhận thiên hà MoM-z14 là thiên hà cổ xưa nhất từng được phát hiện, hình thành chỉ 280 triệu năm sau vụ nổ Big Bang.

thienn-1.jpg
NASA và kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) tiếp tục phá vỡ giới hạn quan sát khi phát hiện thiên hà MoM-z14. Trong nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Open Journal of Astrophysics, nhóm nghiên cứu cho biết thiên hà MoM-z14 là "nguồn được xác nhận bằng quang phổ xa nhất từng ghi nhận, mở rộng phạm vi quan sát tới giai đoạn chỉ 280 triệu năm sau vụ nổ Big Bang". Ảnh: ASA, ESA, CSA, STScI, Rohan Naidu (MIT); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI).
thienn-2.jpg
Điều này có nghĩa là thiên hà MoM-z14 bắt đầu phát sáng 280 triệu năm sau khi vũ trụ ra đời. Sau hành trình dài xuyên vũ trụ, ánh sáng của thiên hà cổ xưa này giờ mới chạm đến Trái đất và được các cảm biến hồng ngoại của kính viễn vọng không gian James Webb ghi nhận. Ảnh: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA) and the JADES collaboration.

Di tích Maya cổ đại hé lộ bản đồ vũ trụ 3.000 năm tuổi

Di tích Maya ẩn chứa một bản đồ vũ trụ 3.000 năm tuổi, nó có thể nhìn thấy từ trên không trung.

1-5276.png
Các nhà khảo cổ học đến từ trường Đại học Arizona đã phát hiện ra một trong những ví dụ sớm nhất được biết đến về quy hoạch đô thị thiêng liêng quy mô lớn ở châu Mỹ. Ảnh: @Đại học Arizona.
2-7333.png
Tại Aguada Fénix, một địa điểm cổ đại ở Đông Nam Mexico, mạng lưới khổng lồ gồm các kênh đào, hành lang và nền móng dường như tạo thành một bản đồ vũ trụ. Ảnh: @Đại học Arizona.

Đọc nhiều nhất

Tin mới

Nga làm chủ quy trình chế tạo chip lượng tử tantal

Nga làm chủ quy trình chế tạo chip lượng tử tantal

Các nhà khoa học thuộc Trung tâm "Quantum Park" (Đại học Kỹ thuật Quốc gia Bauman Moscow - BMSTU) hợp tác cùng Viện Nghiên cứu Tự động hóa Toàn Nga (VNIIA) đã phát triển công nghệ sản xuất vi mạch tích hợp siêu dẫn dựa trên tantal.