Laser có thể biến các hạt ảo thành thật

Các laser thế hệ tiếp theo sẽ có khả năng tạo ra vật chất bằng cách bắt giữ các hạt ma quỷ, theo cơ học lượng tử, vốn tràn ngập không gian dường như trống rỗng.

Nguyên lí bất định của cơ học lượng tử hàm ý rằng không gian không bao giờ có thể thật sự trống rỗng. Thay vào đó, các thăng giáng ngẫu nhiên làm khai sinh ra một vạc dầu nóng bỏng gồm các hạt, thí dụ như electron, và các đối tác phản vật chất của chúng, gọi là positron.

Những cái gọi là “hạt ảo” như thế này thường thì hủy lẫn nhau quá nhanh nên chúng ta không chú ý tới chúng. Nhưng các nhà vật lí đã dự đoán từ những năm 1930 rằng một điện trường rất mạnh sẽ biến đổi các hạt ảo thành hạt thật mà chúng ta có thể quan sát thấy. Điện trường đó đẩy chúng theo những hướng khác nhau vì chúng có điện tích trái dấu nhau, tách li chúng ra nên chúng không thể nào phá hủy nhau được.

Trên lí thuyết, các laser thật thích hợp cho nhiệm vụ này vì ánh sáng của chúng khoác trong mình những điện trường mạnh. Năm 1997, các nhà vật lí tại Trung tâm Máy gia tốc Thẳng Stanford (SLAC) ở Menlo Park, California, Mĩ, đã sử dụng ánh sáng laser tạo ra được vài ba cặp electron-positron. Nay các phép tính mới cho thấy các laser thế hệ tiếp theo sẽ có khả năng tạo ra những cặp như vậy với số lượng lên tới hàng triệu.

Các laser tương lai sẽ tạo ra vật chất từ ánh sáng. (Ảnh: nickwinch/stock.xchng)

Phản ứng dây chuyền

Trong thí nghiệm SLAC, chỉ một cặp electron-positron được tạo ra tại mỗi thời điểm. Nhưng với các laser mạnh hơn, thì một phản ứng dây chuyền trở nên là khả thi.

Cặp đầu tiên được gia tốc lên tốc độ cao bằng laser đó, làm cho chúng phát ra ánh sáng. Ánh sáng này, kết hợp với ánh sáng của laser, tiếp tục sinh ra nhiều cặp hơn. Đó là theo một nghiên cứu đăng tải trên tạp chí Physical Review Letters của tác giả Alexander Fedotov thuộc Đại học Nghiên cứu Hạt nhân Quốc gia ở Moscow cùng các đồng nghiệp.

Ở những laser có khả năng tập trung khoảng 1026 watt trong một cm2, thì phản ứng phi mã này sẽ biến đổi hiệu quả ánh sáng laser thành hàng triệu cặp electron-positron, đội nghiên cứu kết luận như vậy.

Xưởng phản vật chất

Loại cường độ đó có thể đạt tới với một laser do dự án Cơ sở hạ tầng Cực Sáng ở châu Âu xây dựng. Phiên bản đầu tiên của laser trên có thể chế tạo vào năm 2015, nhưng có khả năng phải mất vài năm sau đó nữa mới hoàn tất những nâng cấp cần thiết để đạt tới 1026 watt/cm2 – theo lời đồng tác giả Georg Korn thuộc Viện Quang học Lượng tử Max Planck ở Garching, Đức.

Khả năng tạo ra những số lượng lớn positron có thể hữu ích cho các máy va chạm hạt như Máy Va chạm Thẳng Quốc tế đã đề xuất, thiết bị sẽ cho lao các electron và positron vào nhau.

Nhưng Pisin Chen thuộc trường Đại học Quốc gia Đài Loan ở Đài Bắc cho biết chi phí cao của nguồn laser rất mạnh trên có thể làm cho phương pháp này trở nên tốn kém hơn giải pháp thay thế. Cách chuẩn tạo ra những số lượng lớn positron hiện nay là bắn một chùm electron năng lượng cao vào một miếng kim loại để tạo ra những cặp electron-positron.

Nguồn: New Scientist