Loại vật chất đắt hơn vàng trên Trái Đất

Khác với những vật liệu có thể khai thác từ lòng đất, phản vật chất chỉ có thể được tạo ra thông qua các quy trình khoa học phức tạp, với thời gian thu thập có thể kéo dài hàng tỷ năm để có được một lượng nhỏ bé, thậm chí chưa đến một phần mười gram.

Phản vật chất không chỉ là một khái niệm trong phim khoa học viễn tưởng. Nó là một phiên bản “song sinh” của vật chất thông thường, là “hình ảnh phản chiếu” của các nguyên tử và hạt cấu thành thế giới xung quanh ta. Điểm khác biệt then chốt nằm ở điện tích: trong khi proton mang điện tích dương, antiproton, phiên bản phản vật chất của nó, lại mang điện tích âm.

Điều đáng kinh ngạc là, phản vật chất không chỉ giới hạn ở cấp độ hạt. Về mặt lý thuyết, các phản hạt có thể kết hợp để tạo thành phản nguyên tử, phản phân tử, thậm chí cả phản hành tinh và phản thiên hà, hoạt động hoàn toàn bình thường giống như các “người anh em” vật chất của chúng.

Phản vật chất – Loại vật chất đắt hơn vàng trên Trái Đất

Tuy nhiên, tính chất đặc biệt của phản vật chất nằm ở chỗ khi vật chất và phản vật chất gặp nhau, chúng sẽ triệt tiêu lẫn nhau hoàn toàn, giải phóng một nguồn năng lượng khổng lồ. Chính vì sự “dễ biến mất” này mà việc tạo ra, lưu trữ và nghiên cứu phản vật chất trở nên vô cùng tốn kém và đầy thách thức.

Vào năm 1999, nhà khoa học Harold Gerrish của NASA đã ước tính giá của phản vật chất dựa trên năng lượng cần thiết để sản xuất và công suất sản xuất dự kiến. Mặc dù Gerrish dự đoán rằng giá thành cuối cùng có thể giảm, nhưng trên thực tế, những khó khăn kỹ thuật trong việc tạo ra phản vật chất có thể đẩy mức giá lên cao hơn nhiều so với ước tính ban đầu.

Giáo sư Michael Doser, một nhà vật lý hạt tại Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN), cho biết: “Chúng tôi tạo ra một lượng phản vật chất quá nhỏ. Thậm chí nếu bạn sử dụng tất cả lượng phản vật chất mà chúng tôi sản xuất trong một năm, nó cũng không đủ để đun sôi một tách trà. Một phần trăm nanogram phản vật chất có giá trị tương đương một kilogram vàng.”

Điều thú vị là, phản vật chất không phải là thứ quá xa lạ. Nó được tạo ra liên tục xung quanh chúng ta, thậm chí ngay bên trong cơ thể người. Khi các vật liệu phóng xạ như kali phân rã, chúng tạo ra một electron và một hạt phản electron, hay còn gọi là positron. Điều này có nghĩa là một quả chuối, một loại trái cây giàu kali, sản sinh ra khoảng một hạt phản vật chất mỗi giờ. Tuy nhiên, những hạt này nhanh chóng bị triệt tiêu bởi vật chất xung quanh.

Tại CERN, các nhà khoa học sử dụng máy gia tốc hạt khổng lồ để tăng tốc các dòng proton, những hạt tích điện dương, trước khi cho chúng va chạm vào một khối iridium. Trong khoảng một triệu vụ va chạm, năng lượng khổng lồ sẽ tập trung vào một hạt vật chất, tạo ra cả hạt và phản hạt. Sau đó, các hạt này được dẫn vào một cỗ máy có tên là Máy giảm tốc antiproton, sử dụng nam châm cực mạnh để tập trung phản vật chất thành dòng di chuyển với tốc độ bằng một phần mười tốc độ ánh sáng. Tuy nhiên, toàn bộ quá trình tiêu tốn một lượng năng lượng khổng lồ.

Máy gia tốc hạt của CERN chiếm khoảng 90% hóa đơn tiền điện hàng năm (1.250 gigawatt) của trung tâm nghiên cứu. Để so sánh, London tiêu thụ khoảng 37.800 gigawatt điện mỗi năm. Hơn nữa, quá trình này chỉ tạo ra một lượng phản vật chất cực nhỏ, chỉ vài nanogram mỗi năm.

Nhưng việc tạo ra phản vật chất chỉ là một phần của thử thách. Để ngăn chặn phản vật chất mới hình thành khỏi bị triệt tiêu, nó cần được kiểm soát cẩn thận bằng nam châm siêu lạnh bên trong buồng chân không hoàn toàn. Kỷ lục hiện tại về việc lưu trữ phản vật chất là 405 ngày cho một hạt đơn và 17 phút cho một phản nguyên tử. Các nhà nghiên cứu tại CERN đang thử nghiệm một phương pháp sử dụng bình nam châm để vận chuyển phản vật chất ra ngoài phòng thí nghiệm, trên một chiếc xe tải đến một trung tâm nghiên cứu khác. Tuy nhiên, một thử nghiệm gần đây chỉ vận chuyển thành công 70 proton vật chất thông thường, chưa đến một nanogram vật chất.

Vậy tại sao các nhà khoa học lại kiên trì tạo ra một loại vật chất đắt đỏ và khó nắm bắt đến vậy? Câu trả lời nằm ở việc khám phá bí ẩn của phản vật chất có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về nguồn gốc và cấu trúc của vũ trụ. Các nhà khoa học tin rằng khi vũ trụ mới hình thành, cả vật chất và phản vật chất đã được tạo ra với số lượng cực lớn. Chúng triệt tiêu lẫn nhau cho đến khi chỉ còn lại vật chất cấu thành vũ trụ như chúng ta thấy ngày nay. Điều này cho thấy có một sự chênh lệch rất nhỏ giữa vật chất và phản vật chất. Một khả năng khác là chúng ta tồn tại trong một khu vực của vũ trụ chứa đầy vật chất, trong khi các khu vực phản vật chất ẩn giấu ở đâu đó.