Liệu các nhà khoa học có thể tái tạo lại vụ nổ lớn?

Theo lý thuyết vụ nổ lớn , hàng tỷ năm trước toàn bộ vũ trụ trải dài trong một khu vực có thể tích bằng không và mật độ vô hạn. Sau đó, khu vực này mở rộng, tăng gấp đôi kích thước hàng trăm lần trong vòng chưa đầy một giây. Trong những khoảnh khắc đầu tiên đó, vũ trụ chứa đầy năng lượng, phần lớn ở dạng nhiệt cực mạnh. Khi vũ trụ lớn lên và nguội đi, một phần năng lượng này chuyển hóa thành vật chất.

Khi chúng ta nói về các khối cấu tạo của vật chất, chúng ta thường tập trung vào các nguyên tử . Nguyên tử bao gồm một hạt nhân có chứa ít nhất một hạt hạ nguyên tử mang điện tích dương gọi là proton . Hạt nhân cũng có thể chứa một hoặc nhiều hạt mang điện trung hòa gọi là neutron . Các hạt mang điện tích âm gọi là electron bao quanh hạt nhân, chuyển động nhanh chóng xung quanh nó trong giới hạn của một lớp vỏ năng lượng .

Nhưng trong giai đoạn đầu tiên của vụ nổ lớn, các nguyên tử không thể hình thành. Vũ trụ quá đặc và nóng. Trên thực tế, trong những khoảnh khắc sớm nhất của giây đầu tiên của vụ nổ lớn, ngay cả proton và neutron cũng không thể hình thành. Các nhà lý thuyết vụ nổ lớn tin rằng vũ trụ chứa đầy các hạt hạ nguyên tử như neutrino , các hạt không có khối lượng, hoặc quark , các hạt cơ bản liên kết với nhau để tạo ra các hạt lớn hơn như proton hoặc neutron.

Các nhà khoa học gọi lực giữ các hạt quark lại với nhau để tạo thành các hạt lớn hơn là lực hạt nhân mạnh . Nó mạnh đến mức trong những trường hợp bình thường, chúng ta không thể quan sát được hạt quark. Đó là bởi vì các hạt quark liên kết với nhau rất chặt chẽ đến mức chúng ta không thể tách chúng ra một cách dễ dàng. Trong nhiều năm, bằng chứng duy nhất cho thấy hạt quark thậm chí còn tồn tại đến từ các mô hình toán học về cách vũ trụ hoạt động. Các mô hình yêu cầu sự hiện diện của các hạt như quark để có ý nghĩa.

Ngày nay, các nhà khoa học đã tìm cách lấy các hạt như proton và neutron và chia nhỏ chúng thành quark và gluon - những hạt không có khối lượng làm trung gian cho lực giữa các quark. Các hạt quark và gluon chỉ tách rời nhau trong một phần giây trước khi phân rã, nhưng điều đó đủ lâu để các nhà khoa học có thể quan sát chúng bằng thiết bị mạnh mẽ.

Làm thế nào để các nhà khoa học làm được điều này, và họ có thực sự đang tái tạo lại vụ nổ lớn? Hãy đọc để tìm hiểu.

Thế giới của các nghiên cứu về hạt hạ nguyên tử là một nghịch lý. Các nhà khoa học sử dụng một số máy móc lớn nhất thế giới để nghiên cứu một số hạt nhỏ nhất mà chúng ta biết. Các thiết bị mà họ sử dụng cực kỳ tinh vi và chính xác, nhưng chúng dựa trên một cách tiếp cận gần như bạo lực. Những phương pháp và thiết bị này cho phép các nhà khoa học có cái nhìn thoáng qua về vũ trụ sơ khai có thể trông như thế nào.

Cách các nhà khoa học xem xét các hạt vật chất nhỏ bé tạo nên các hạt hạ nguyên tử như proton và neutron vừa tao nhã vừa nguyên thủy. Họ đập các hạt hạ nguyên tử vào nhau thật mạnh và nhìn vào những mảnh còn sót lại. Để làm được điều này, họ phải sử dụng những cỗ máy mạnh được gọi là máy gia tốc hạt .

Máy gia tốc hạt bắn các chùm hạt hạ nguyên tử đối lập nhau như proton vào nhau. Một số máy gia tốc là hình tròn, trong khi những máy khác là tuyến tính. Chúng có thể rất lớn - máy gia tốc hình tròn có thể đo đường kính hàng dặm. Các máy gia tốc sử dụng các ngân hàng nam châm để tăng tốc các chùm proton khi chúng di chuyển qua các ống nhỏ. Khi các chùm proton đạt đến một vận tốc nhất định, máy gia tốc sẽ hướng chúng vào một quá trình va chạm. Khi các hạt va chạm, chúng vỡ ra thành các phần thành phần của chúng - chẳng hạn như hạt quark.

Các hạt hạ nguyên tử này phân rã trong các phần nhỏ của giây. Chỉ bằng cách sử dụng máy tính mạnh mẽ, các nhà khoa học mới có thể hy vọng phát hiện ra sự hiện diện của hạt quark. Vào năm 2006, một nhóm các nhà khoa học tại Đại học California, Riverside đã báo cáo rằng đã phát hiện ra một hạt quark hàng đầu , có khối lượng lớn nhất trong số sáu loại hạt quark. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một máy gia tốc hạt để gây ra một vụ va chạm giữa một proton và một phản proton . Họ phát hiện ra sự hiện diện của hạt quark sau khi nó đã bị phân hủy. Quá trình phân rã để lại một chữ ký điện tử có thể nhận dạng được [nguồn: Đại học California, Riverside ].

Điều này có nghĩa là các nhà khoa học có thể tái tạo vụ nổ lớn? Không hẳn. Thay vào đó, các nhà khoa học hy vọng họ có thể mô phỏng điều kiện của những khoảnh khắc sớm nhất của vũ trụ. Điều đó liên quan đến việc tạo ra một vùng nóng, dày đặc của vật chất và năng lượng. Bằng cách nghiên cứu những điều kiện này, các nhà khoa học có thể tìm hiểu thêm về cách vũ trụ của chúng ta phát triển. Nhưng chúng không thể tái tạo lại thời kỳ mở rộng nhanh chóng mà chúng ta gọi là vụ nổ lớn.

Ít nhất là chưa.

Để tìm hiểu thêm về vụ nổ lớn và các lý thuyết khoa học khác, hãy xem các liên kết trên trang tiếp theo.

Hương vị của Quark

Các nhà khoa học phân loại hạt quark theo sáu hương vị khác nhau:

• Xuống
• Quyến rũ
• Lạ lùng
• Đứng đầu
• Đáy

Theo như các nhà khoa học có thể xác định, các hạt quark chỉ liên kết với nhau dưới dạng kết hợp của hai, ba hoặc năm hạt quark. Sự kết hợp khác nhau của các liên kết quark tạo ra các loại vật chất khác nhau.

Những bài viết liên quan

Các liên kết tuyệt vời hơn