Phát hiện 1 hạt X cực hiếm tồn tại từ thuở sơ khai của vũ trụ

1.855

X (3872) là một hạt vật chất có thời gian tồn tại ngắn ngủi gần đây đã được hồi sinh ở Thụy Sĩ. Các nhà nghiên cứu tại CERN’s Large Hadron Collider ở Thụy Sĩ gần đây đã phát hiện ra một hạt biến mất rất hiếm mà họ tin rằng, đã có từ thời sơ khai của vũ trụ.

Hiện nay, chúng được gọi là hạt X vì vẫn chưa ai biết chính xác nó là gì, và nó được tạo ra bằng cách va chạm hàng tỷ ion nặng bên trong máy gia tốc hạt nổi tiếng ở đây.

Hạt vật chất có thời gian tồn tại chỉ...1 phần tỷ giây

Cụ thể, nhóm của CMS Collaboration, thu thập dữ liệu từ Compact Muon Solenoid của LHC, đã cho các nguyên tử chì nặng va chạm với nhau ở nhiệt độ khoảng 5,5 nghìn tỷ độ C (9,9 nghìn tỷ độ F). Các nhà vật lý học cũng đưa ra giả thuyết trong những khoảnh khắc đầu tiên của vũ trụ sau vụ nổ lớn Big Bang, vật chất là một dạng plasma được tạo thành từ các hạt quark và gluon hạ nguyên tử, "được nhồi vào nhau trong một nồi súp quá nóng".

Chỉ khi plasma nguội đi vài micro giây sau vụ nổ lớn thì các proton và neutron quen thuộc mới hình thành, mở đường cho việc tạo ra các dạng vật chất có khối lượng lớn hơn nhiều. Nhưng trước khi vật chất nguội đi, một số hạt quark và gluon đã va chạm, tạo thành các hạt bí ẩn hơn, mà các nhà vật lý gọi là hạt X.

Chúng được gọi là hạt X vì vẫn chưa ai biết chính xác nó là gì.

Các hạt X ngày nay rất hiếm vì vụ trụ không còn đủ điều kiện về nhiệt độ để tạo ra nó nữa. Krishna Rajagopal, một nhà vật lý hạt tại MIT cho biết: "Nếu bạn quan tâm đến các đặc tính của vũ trụ tuổi micro giây, cách tốt nhất để nghiên cứu nó không phải bằng cách xây dựng một kính viễn vọng, mà là bằng cách xây dựng một máy gia tốc."

Nhóm nghiên cứu có thể xác định 100 hạt X có khối lượng cụ thể, được gọi là X (3872), tồn tại trong thời gian khoảng một phần tỷ giây trước khi phân rã. X (3872) lần đầu tiên được tìm thấy vào năm 2003 qua hoạt động tìm các khối khác biệt, sau đó các nhà nghiên cứu xác định một lượng khối lượng hoặc năng lượng không mong đợi trong hệ thống của họ.

Patrick Koppenburg, nhà vật lý tại Viện Vật lý Hạ nguyên tử Quốc gia Hà Lan và là thành viên của nhóm LHCb tại CERN, cho biết: "X (3872) là một loài động vật kỳ lạ. Tôi đã ở Belle khi nó được phát hiện. Chúng tôi đã nhìn chằm chằm vào nó mà không hiểu chuyện gì đang xảy ra".

Vào năm ngoái, nhóm nghiên cứu của Koppenburg tại LHCb đã phát hiện ra một hạt tetraquark mới, giống như X (3872), tetraquark đó có tuổi thọ rất ngắn - có thể chỉ hơn một phần năm giây. Mặc dù có những hạt kỳ lạ khác xuất hiện và biến mất tại LHC, X (3872) là hạt X đầu tiên được phát hiện trong plasma quark-gluon được tạo ra ở đó.

Các hoạt động tạo ra hạt X sẽ được tiếp tục

Nhóm nghiên cứu đứng sau nghiên cứu này cũng có thể bắt chước các điều kiện của vũ trụ sơ khai bằng cách gia tốc 13 tỷ ion. Khi các hạt va chạm với nhau, chúng đã tạo ra hàng nghìn hạt mang điện tích có thời gian tồn tại ngắn. Yen-Jie Lee, nhà vật lý tại MIT và là đồng tác giả của nghiên cứu mới, nói rằng: "Có thể các hạt X khác có thể có trong dữ liệu gần đây, nhưng các nhà nghiên cứu không có cách phù hợp và tốt nhất để phát hiện chúng".

Lee đã viết rằng: "Ion nặng đầu tiên trong hoạt động "Run 3" sẽ bắt đầu vào cuối năm nay, và chúng tôi hy vọng sẽ tích lũy thêm dữ liệu với các lần va chạm chì trong Run 3 và Run 4. Với một tập dữ liệu lớn hơn nhiều, chúng tôi sẽ có thể xác định quy mô tăng cường sản xuất X trong quark và hiểu thêm về cấu trúc bên trong của nó".

Lõi nam châm của nam châm điện từ nhỏ gọn trong nhà máy ở Thụy Sĩ

Hiện tại các nhà nghiên cứu vẫn chưa xác định được "danh tính" thực sự của X (3872), nhưng họ cho rằng ạt này có thể là một loại phân tử mesonic liên kết lỏng lẻo (hai hạt hạ nguyên tử được gọi là meson liên kết với nhau thông qua lực mạnh) hoặc một tetraquark, một loại hadron bao gồm bốn hạt quark gắn lại với nhau. Jing Wang, nhà vật lý tại MIT, người đứng đầu phân tích dữ liệu mới, cho biết: "Cho đến nay, các phân tử mesonic vẫn chưa được quan sát một cách rõ ràng, và X (3872) là một ứng cử viên sáng giá. Nếu X (3872) là một phân tử mesonic, chúng tôi cho rằng trong vũ trụ sơ khai, phải có nhiều loại phân tử mesonic khác nhau ngoài các hạt hadron thông thường".

Patrick Koppenburg cho biết: "Càng xem xét nhiều dữ liệu, tôi càng tin rằng X là sự nối tiếp của một phân tử và một trạng thái charmonium bởi vì thời gian tồn tại vô cùng ngắn ngủi của nó". Ông cũng lưu ý thêm rằng: "Bộ não của chúng ta không thể đại diện cho những thứ này... Không có cái gọi là cái này hay cái khác trong cơ học lượng tử. Nếu bạn không thể phân biệt hai điều, thì sự thật phải đồng thời với cả hai điều đó".

Có thể những hoạt động sắp tới từ các nhà nghiên cứu cuối cùng sẽ giải quyết được danh tính của X (3872). Tất nhiên sau đó, nó sẽ có một cái tên thực tế hơn, và không được coi là hạt X vô danh nữa.

Cập nhật: 07/03/2022 Theo VnReview