Tạo ra vật chất nóng kỷ lục 5500 tỷ độ C, CERN tiến gần tới thời điểm sau vụ nổ Big Bang

Máy dò Alice, thiết bị vừa ghi nhận kỷ lục 5500 tỷ độ C mà con người tạo được

Tại hội nghị quốc tế Quark Matter đang diễn ra ở thủ đô Washington DC của Hoa Kỳ, các nhà khoa học tới từ Tổ chức nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN) cho biết vài tuần trước họ đã tạo ra dạng vật chất nóng nhất mà con người có thể đạt tới hiện nay. Theo đó, thí nghiệm ALICE của CERN chuyên nghiên cứu về va chạm của các hạt ion nặng đã đẩy nhiệt độ của khối súp quark-gluon plasma trong máy gia tốc LHC lên tới 5500 tỷ độ C. Con số này cao gấp 1,38 lần so với kỷ lục cũ 4000 tỷ độ C mà dự án va chạm ion nặng tương đối tính RHIC (thuộc phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven, Mỹ) thực hiện từ năm 2005. Nếu so sánh với nhiệt độ ở tâm Mặt Trời, thì kỷ lục mà CERN đạt được lớn hơn tới 354.000 lần. Được biết, với thành quả mới nhất, CERN đang tiến gần hơn tới thời điểm sau vụ nổ Big Bang.

Hỉnh ảnh mô phỏng của các va chạm xảy ra trong máy dò Alice

ALICE là một trong bốn dự án lớn của CERN ngoài ATLAS và CMS. Dự án lớn còn lại là LHCb chuyên nghiên cứu về vật lý của các hạt meson (tạo thành từ một hạt quark và một phản quark) cùng với vấn đề bất đối xứng giữa vật chất và phản vật chất trong vũ trụ. Tất cả bốn chương trình trên đều dựa vào quá trình gia tốc các chùm proton hoặc ion với vận tốc rất cao. Tại điểm va chạm của hai chùm hạt trong các máy dò (detector), năng lượng của chúng sẽ cực đại. Sự va chạm sẽ tạo ra một hỗn hợp của rất nhiều loại hạt mà người ta gọi là súp quark-gluon plasma. Đây là trạng thái của các ion, hạt mang điện và các gluon truyền tương tác mạnh chuyển động với vận tốc lớn. Trong lý thuyết nhiệt động lực học, nhiệt độ tỷ lệ thuận với vận tốc nên người ta tính toán được khối súp này nóng tới 5500 tỷ độ C như công bố.

Trạng thái quark-gluon plasma thu hút được sự quan tâm của các nhà vật lý vì chúng giống như chất lỏng lý tưởng với đặc tính siêu chảy. Đây là hiện tượng thường thấy khi người ta hạ thấp nhiệt độ của các chất xuống gần nhiệt độ 0 tuyệt đối. Ví dụ Heli lỏng ở 2 độ Kelvin (khoảng -271 độ C) nó sẽ chảy mà không có ma sát. Nói cách khác, nếu bạn đổ nó ra bề mặt phẳng nó sẽ chuyển động mãi mà không mất mát năng lượng.

Một số bạn sẽ đặt câu hỏi là làm sao giữ được các thiết bị chứa không bị bốc hơi để có nhiệt độ lớn như vậy. Câu trả lời là khá đơn giản: khối súp đó chỉ được tạo ra trong một khu vực có thể tích rất nhỏ, hơn nữa nó được giam trong chân không và từ trường trước khi nguội đi, nên không gây ảnh hưởng tới nhiều vật liệu xung quanh. Đây cũng là nguyên tắc mà các nhà nghiên cứu ứng dụng để khống chế dòng plasma sinh ra từ phản ứng nhiệt hạch nhằm chế tạo ra các nhà máy điện hạt nhân loại này.

Tham khảo: The Verge, Nature