Phản Vật Chất - Thực Tế Và Không Thực Tế

Phản vật chất là có thật, nhưng nó vẫn đại diện cho một sự hiện diện vô hình trong vũ trụ - những hạt nhỏ hơn nguyên tử và đối lập với vật chất bình thường. Khi một hạt và một phản hạt gặp nhau, chúng sẽ tự phá hủy lẫn nhau và tạo ra nguồn năng lượng lớn. Một lượng rất nhỏ phản vật chất (khoảng 1 gam) cũng đủ để thay thế toàn bộ số nhiên liệu hóa học dùng cho tàu con thoi hiện nay. Và hệ thống đẩy dùng phản vật chất có thể giúp tàu thăm dò rút ngắn thời gian khứ hồi tới sao Hỏa, từ 2 năm xuống còn vài tuần. Tuy nhiên, khó khăn lớn nhất là việc tạo ra phản vật chất...

1 triệu năm và 80.000 tỷ USD cho... 1g phản hạt

Để bay đến những hành tinh xa xôi, người ta cần năng lượng và tốc độ. Đó là hai yêu cầu mà tàu thăm dò chạy bằng nhiên liệu hóa học hiện nay không thỏa mãn được. Khắc phục điểm yếu này, các nhà khoa học Mỹ tính đến khả năng dùng phản vật chất làm nhiên liệu... Giáo sư George Schmidt, tại Trung tâm bay của NASA ở Huntville (Mỹ) cho biết, một lượng rất nhỏ phản vật chất (khoảng 1g) cũng đủ để thay thế toàn bộ số nhiên liệu hóa học dùng cho tàu con thoi hiện nay. Và hệ thống đẩy dùng phản vật chất có thể giúp tàu thăm dò rút ngắn thời gian khứ hồi tới sao hỏa, từ 2 năm xuống còn vài tuần.

Đến nay, thế giới vẫn chỉ biết đến phản vật chất... trên phim Thiên thần và ác quỷ.

Vật chất là những gì tràn ngập trong vũ trụ, chúng ta có thể nhìn thấy hoặc đo đạc được. Chúng được tạo thành từ các hạt như nguyên tử, proton, neutron, electron... Theo các nhà vật lý, với mỗi hạt vật chất đều có một hạt trái ngược với nó - phản hạt.

Phản hạt là cái rất giống hạt, nhưng ngược lại với hạt. Ví dụ, antiproton có khối lượng và kích cỡ giống hệt proton, nhưng lại mang điện tích trái dấu với nó. Khi một hạt gặp phản hạt của nó, chúng sẽ tự hủy lẫn nhau và giải phóng một năng lượng lớn. "Năng lượng thu được từ phản ứng hạt - phản hạt lớn gấp 10 tỷ lần năng lượng từ một phản ứng cháy hóa học của hai hạt có khối lượng tương đương", Schmidt nói.

Tuy nhiên, khó khăn lớn nhất là việc tạo ra phản vật chất. Trong thế giới tự nhiên gần chúng ta không hề có phản vật chất (bởi nếu có, nó sẽ bị vật chất thiêu hủy ngay).

Dùng máy gia tốc để bắn các hạt proton ở tốc độ gần ánh sáng vào một tấm nickel, các nhà khoa học của NASA đã tạo ra những phản hạt trong thời gian vô cùng ngắn. Họ hy vọng sẽ tìm ra cách giữ các phản hạt này ở tốc độ gần ánh sáng, để một ngày nào đó, sử dụng chúng làm nhiên liệu cho tên lửa.

Quá trình sản xuất phản hạt rất khó khăn và tốn kém. Trung tâm phản hạt lớn nhất thế giới - Phòng thí nghiệm Fermi ở Illinois (Mỹ) chỉ sản xuất được một phần tỷ gam phản hạt mỗi năm, với giá 80 triệu USD. Có nghĩa là, người ta cần 1 triệu năm và 80.000 tỷ USD để sản xuất ra 1 gam phản hạt. Có điều, để bay đến ngôi sao gần nhất, một tàu thăm dò sẽ cần đến vài cân phản hạt!

Ông Stephen Holmes, Giám đốc Phòng thí nghiệm Fermi, nói: "Ý tưởng dùng phản hạt còn ở giai đoạn manh nha. Mới chỉ là những nguyên tắc lý thuyết. Nó không phải là công nghệ có thể thực thi trong 20-30 năm nữa mà là công nghệ của tương lai xa".

Chỉ "thực tế" trên... phim

Trong bộ phim được chuyển thể từ cuốn tiểu thuyết Thiên thần và ác quỷ, một vụ nổ phản vật chất đe dọa sẽ san bằng tòa thánh Vaticăng, nhưng trong thế giới thật, các nhà vật lý không hề bận tâm bởi cốt truyện này.

Câu chuyện kể về người anh hùng Robert Langdon trong Mật mã Da Vinci cố gắng truy tìm để lấy lại một ống phản vật chất đã bị đánh cắp từ một cơ sở của CERN (Phòng thí nghiệm vật lý hạt châu Âu) tại Thụy Sỹ. Các nhà nghiên cứu tại CERN lần đầu tiên đã tìm ra cách để tạo ra và bẫy các hạt phản vật chất, đây chính là sự kiện đã mang lại cảm hứng cho tác giả Dan Brown viết nên tiểu thuyết Thiên thần và ác quỷ.

Một nhà vật lý thuộc CERN đã không hề lấy làm buồn khi cơ quan này bị công khai thông tin qua những trang tiểu thuyết; trái lại, ông còn cảm thấy hài lòng.

"Tôi luôn nói rằng những gì Dan Brown làm cho Nhà thờ Thiên chúa La Mã trong Mật mã Da Vinci giờ đây ông lại đang làm cho tôi và nghiên cứu của tôi với Thiên thần và ác quỷ”, Gerald Gabrielse, nhà vật lý thuộc Đại học Havard, Trưởng một nhóm nghiên cứu tại CERN, phát biểu.

Sự thật kỳ lạ nhưng đầy hấp dẫn về phản vật chất đã khiến cho rất nhiều tác giả viết truyện khoa học viễn tưởng mơ tưởng về những động cơ phản vật chất phục vụ cho nền văn minh trong tương lai, như mô tả trong bộ phim khoa học giả tưởng Đường đến các vì sao (Star Trek).

Thiên thần và ác quỷ đã miêu tả ước mơ sử dụng nguồn năng lượng chưa từng có này cùng với thảm kịch xảy ra khi một lượng lớn phản vật chất tự phá hủy khi gặp vật chất. Trong câu chuyện giả tưởng này, chỉ cần 1/4 gram phản vật chất sẽ có nguy cơ giải phóng ra 5,000 tấn TNT và phá hủy mọi thứ trong vòng bán kính khoảng nửa dặm.

Nhưng trên thực tế, việc phản vật chất có thể sinh ra được nhiều năng lượng như vậy vẫn là điều các nhà vật lý học mơ ước.

"Nếu như bạn cho phá hủy cùng lúc tất cả các phản vật chất từng được tạo ra trong lịch sử trái đất, bạn thậm chí không có được năng lượng đủ để đun sôi nước pha một tách trà," Gabrielse nói với phóng viên LiveScience.

Phản vật chất tượng trưng cho một vật thể hiếm trong vũ trụ, bị thống trị bởi vật chất. Tới nay, đây là một thực tế mà các nhà khoa học vẫn đang cố tìm hiểu nguyên nhân vì sao.

Trong tự nhiên, cũng có trường hợp hiếm hoi hạt phản vật chất sinh ra khi một tia vũ trụ va vào trái đất ở bên trên vùng khí quyển. Tất nhiên, trong nghiên cứu, việc tập hợp các hạt phản vật chất do con người tạo ra khả thi hơn nhiều so với tập hợp các hạt sinh ra tự nhiên.

Các nhà vật lý đã làm chậm và giữ được một phần nhỏ những hạt phản proton đã sản xuất. Họ sử dụng các bẫy phản vật chất, tương tự như những gì được mô tả trong Thiên thần và ác quỷ, với các từ trường giữ cho các hạt phản vật chất trong môi trường chân không, tránh xa vật chất.

"Bạn cần một thứ đại loại như một chiếc thùng không có thành bao quanh," Gabrielse lưu ý. Dự án trước đây (TRAP) của ông đã thành công trong việc tạo ra và giữ lại các hạt phản proton trong nhiều tháng.

Giờ đây, các nhà vật lý đối mặt với một thử thách to lớn hơn là làm sao để giữ được các nguyên tử phản hydro trung lập. Dự án quốc tế gần đây (ATRAP) đã tạo được một bẫy phản hydro, và giờ đây đang tiếp tục với bẫy thứ 2.

"Hiện tại chúng tôi đang cố bẫy những nguyên tử phản hydro trung lập mà chúng tôi đã tạo ra, nhưng chưa ai chứng minh được mình đã thành công với việc này," Gabrielse nói.

Những nguyên tử phản hydro trung lập như vậy có thể kết thành khối theo lý thuyết, trong khi các hạt phản proton đã bị bẫy lại cố đẩy nhau ra xa. Liệu một khối phản vật chất có phá hủy và tạo ra năng lượng như một vũ khí hạt nhân hạng nhỏ mà không tự đẩy bản thân nó ra xa hay không - điều này vẫn là một câu hỏi mở.

Như vậy, cốt truyện Thiên thần và ác quỷ không phải hoàn toàn phi thực tế, nhưng sự thật bí mật về phản vật chất vẫn là điều mà không một tiểu thuyết hư cấu nào lý giải thành công. "Tại sao vũ trụ lại bao gồm nhiều hạt vật chất hơn là hạt phi vật chất? Chúng ta không hề biết câu trả lời thực sự," Gabrielse nói.

Minh Anh (Tổng hợp từ LiveScience, CNN)