Bẫy phản vật chất mới giống khách sạn nhiều phòng

Các nhà khoa học đang phát triển chiếc bẫy phản vật chất lớn nhất từ trước đến nay, với mục tiêu giam giữ hàng nghìn tỷ hạt positron năng lượng thấp trong một hệ thống đặc biệt. Công việc này mở ra hướng nghiên cứu mới về phản vật chất, lĩnh vực vốn nổi tiếng khó chế tạo, khó kiểm soát và đòi hỏi những thiết bị cực kỳ tinh vi. Nếu thành công, chiếc bẫy sẽ giúp các nhà nghiên cứu tích lũy lượng phản vật chất lớn hơn nhiều so với những hệ thống từng được xây dựng trước đây. Phản vật chất không thể được chứa trong những chiếc lọ thông thường, bởi vật chất và phản vật chất sẽ lập tức tiêu diệt lẫn nhau khi tiếp xúc trực tiếp. Vì vậy, bất kỳ vật chứa nào làm từ vật chất cũng sẽ bị phá hủy nếu bên trong chứa positron hoặc những dạng phản vật chất khác. Thay cho các bức tường vật chất, nhóm nghiên cứu sử dụng điện trường và từ trường để tạo nên một chiếc lọ vô hình, giữ các hạt tránh xa thành bẫy. Nhà vật lý Clifford Surko thuộc Đại học California, San Diego, mô tả thiết kế mới như một chiếc khách sạn có nhiều phòng, trong đó mỗi phòng là một ngăn chứa phản vật chất riêng biệt. Ý tưởng này cho phép hệ thống tích lũy hàng nghìn tỷ positron, với mỗi ngăn giữ hàng chục tỷ hạt, thay vì dồn toàn bộ chúng vào một không gian duy nhất. Cách tổ chức nhiều ngăn được kỳ vọng giúp việc kiểm soát, bổ sung và nghiên cứu các đám mây positron trở nên thuận lợi hơn. Trong hình ảnh được công bố, các nhà vật lý James Danielson, Clifford Surko và Craig Schallhorn đang kiểm tra hệ thống dùng để phát triển chiếc bẫy lớn nhất thế giới. Thiết bị này hướng đến việc bắt giữ hàng nghìn tỷ hạt positron năng lượng thấp, dạng phản hạt có thể được điều khiển bằng những cấu hình điện từ phù hợp. Khác với cách hình dung về một chiếc hộp kín, hệ thống thực tế giữ phản vật chất nhờ những trường lực vô hình được bố trí chính xác trong không gian. Clifford Surko trình bày nghiên cứu tại hội nghị thường niên của Hiệp hội vì sự tiến bộ khoa học Mỹ, diễn ra vào cuối tuần được đề cập trong nguồn. Công trình cho thấy việc tăng sức chứa của bẫy phản vật chất không chỉ cần nhiều positron hơn, mà còn đòi hỏi khả năng duy trì chúng ổn định trong thời gian đủ dài. Mỗi bước tiến đều có ý nghĩa, vì chỉ một tiếp xúc ngoài ý muốn với vật chất thông thường cũng có thể khiến các hạt phản vật chất biến mất. Bên cạnh việc mở rộng sức chứa, các nhà nghiên cứu còn phát triển phương pháp làm mát phản hạt xuống nhiệt độ siêu lạnh. Khi được làm lạnh, các hạt chuyển động chậm hơn, nhờ đó nhóm nghiên cứu có thêm điều kiện quan sát và khảo sát những đặc tính của chúng. Mục tiêu tiếp theo là nén các đám mây phản hạt thành một khối đậm đặc, tạo nền tảng cho những ứng dụng thực tế trong tương lai. Một hướng nghiên cứu khác tập trung vào việc chế tạo chiếc lọ chứa phản hạt nhỏ gọn, đủ khả năng rời khỏi phòng thí nghiệm để phục vụ y tế và công nghiệp. Ý tưởng này vẫn nằm trong quá trình phát triển, bởi thiết bị phải vừa duy trì phản vật chất an toàn, vừa đủ nhỏ để vận chuyển và sử dụng ngoài môi trường nghiên cứu. Nếu đạt được mục tiêu, công nghệ bẫy phản vật chất có thể chuyển từ những phòng thí nghiệm chuyên dụng sang các ứng dụng gần gũi hơn. Dù nghe xa lạ, phản vật chất thực ra đã xuất hiện trong công nghệ y khoa hiện nay, điển hình là máy quét PET, viết đầy đủ là Positron Emission Tomography. Trong quá trình chụp, bệnh nhân được tiêm chất phóng xạ đánh dấu, chất này tạo ra positron khi phân hủy rồi để chúng gặp các electron trong cơ thể. Sự triệt tiêu giữa positron và electron tạo ra hai tia gamma, được máy quét phát hiện để dựng hình ảnh ba chiều về những gì đang diễn ra bên trong cơ thể.