Phản vật chất là gì? Phản vật chất có thật hay không? Đó là thắc mắc của rất nhiều người về sự tồn tại của khái niệm “Phản vật chất”. Để giúp các bạn có câu trả lời tốt nhất, LabVIETCHEM đã tìm hiểu và tổng hợp lại qua bài viết dưới đây, cùng chúng tôi tìm hiểu ngay và có đáp án cho chính mình nhé! Show Phản vật chất là gì?Phản vật chất là một thuật ngữ của vật lý học, nó được hình thành từ những phản hạt cơ bản như phản electron, phản neutron,… Trong phản vật chất, phản hạt antiparticle là các hạt có khối lượng tương đương nhau, tuy nhiên lại khác dấu với những hạt cơ bản mà con người đã biết trước đó. Giả dụ như phản electron hay positron có cùng khối lượng với các hạt electron nhưng mang điện tích dương. Vật chất và các hạt phản vật chất Khi phản proton kết hợp với phản electron sẽ hình thành hydro. Do đó, khi phản vật chất gặp vật chất, chúng sẽ tự tiêu hủy lẫn nhau và giải phóng các photon có năng lượng lớn, còn gọi là những tia gamma hoặc những cặp vật chất – phản vật chất. Phản vật chất có thật không?Phản vật chất có khởi nguồn là từ trí tưởng tượng của con người vào năm 1930 và khởi nguồn của nó là bộ phim “Du hành giữa các vì sao”, trong đó, phi thuyền không gian trong tác phẩm điện ảnh này được đẩy đi với tốc độ nhanh hơn cả vận tốc ánh sáng nhờ loại nhiên liệu với năng lượng cao. Hình ảnh buồng mây của positron lần đầu tiên phát hiện năm 1932 Từ ý tưởng này, phản vật chất đã được khám phá, trở thành hiện thực khi người ta tìm ra chúng ở những thiên hà xa xôi vào thời nguyên sinh của vũ trụ. Không chỉ bắt nguồn từ trí tưởng tượng, phản vật chất cũng được xây dựng dựa trên những nghiên cứu khoa học của nhà vật lý học người Anh Paul Dirac. Bằng việc nghiên cứu cẩn thận với nhiều tính toán vô cùng phức tạp, Dirac đã giải thích được vì sao những vật có kích thước càng nhỏ thì vận tốc di chuyển càng lớn, trong đó, vận tốc của electron tương đương vận tốc ánh sáng, đồng thời, electron vừa mang điện tích, lại vừa mang điện tích dương. Từ đó, ông cũng khẳng định được rằng, mọi hạt đều có đối hạt, cùng tính chất, nhưng trái ngược điện tích. Theo lý thuyết Bigbang, đánh dấu sự hình thành ở 13.5 tỉ năm trước, số lượng vật chất với phản vật chất là bằng nhau. Tuy nhiên, sau khi vụ nổ xảy ra, vật chất dường như lớn hơn một chút so với phản vật chất, tức mỗi tỷ phản hạt thì lại có thêm một tỉ và 1 hạt vật chất. Hình ảnh vụ nổ Bigbang Vào tháng 10/2002, tại phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân châu Âu, phản nguyên tử hydro được tạo thành từ phản positron và phản proton. Để thí nghiệm thành công, các phản nguyên tử bền vững, nhiệt độ môi trường làm thí nghiệm được kiểm soát tuyệt đối, duy trì ở mức -273 độ C vì nếu nhiệt độ cao, phản nguyên tử sẽ kết hợp lại với nguyên tử rồi biến mất ngay tức khắc. Do quá trình tạo ra rất khó, nhu cầu lại lớn, cung thấp hơn cầu nên hiện nay, phản hydro và phản heli có giá thành rất đắt, khoảng 6.25 nghìn tỷ đô la Mỹ cho 1 gram. Theo CERN tính toán, để sản xuất 1 phần tỷ gam phản vật chất, số tiền tiêu tốn lên đến vài triệu franc Thụy Sỹ. Phản vật chất dùng để làm gì?Theo như nghiên cứu của các nhà khoa học trong dự án ACE tại CERN, phản vật chất được xem như một ứng cử viên đầy triển vọng và có tiềm năng để điều trị ung thư. Họ phát hiện ra rằng, khi chiếu xạ những khối u bằng những chùm hạt, năng lượng chúng giải phóng ra sau khi đi qua những mô khỏe mạnh bình thường. Các phản proton được sử dụng và bổ sung thêm một xung năng lượng nữa. Thí nghiệm này được tiến hành trên chuột đồng và tỏ ra hiệu quả, tuy nhiên, trên tế bào con người thì vẫn chưa có cuộc thực nghiệm nào. Phản vật chất Hydro Cách tạo ra phản vật chấtCác nhà khoa học CERN đã phát minh ra cách tạo ra phản vật chất bằng công nghệ va đập nguyên tử. Họ tạo ra một đường hầm lớn, hình tròn, bên trong thiết kế nhiều bẫy từ trường. Chiều dài chỉ đủ để các hạt nguyên tử khi thả vào đây sẽ được gia tốc đủ lớn để có vận tốc tương đương vận tốc ánh sáng. Khi chúng lao đến và va đập với mục tiêu nào đó thì những hạt này sẽ vỡ ra thành các mảng nhỏ có kích cỡ nhỏ hơn cả nguyên tử. Đồng thời, một số hạt này sẽ bị loại ra khỏi bẫy từ trường. Toàn bộ phản proton được tạo ra từ máy gia tốc Tevatron ở Fermilab cho tới nay cộng dồn lại cũng chỉ được 15 nano gam còn tại CERN thì khoảng 1 nano gam và DESY (Đức) là xấp xỉ 2 nano gam. Trong thực tế, để tạo ra được 1g phản vật chất cần đến 25 triệu tỷ kWh và chi phí lên tới hơn 1 triệu tỷ đô la Mỹ Ở ngoài tự nhiện, các nhà khoa học cũng đã tìm thấy được sự hình thành phản vật chất trong những đám mây giông lớn. Các phản vật chất cũng có trong những đám mây giông Sau khi được tạo thành, muốn lưu trữ phản vật chất, điều kiện phải là môi trường chân không vì nó có phản ứng với bất kỳ vật chất nào mà nó tiếp xúc nên không thể lưu trữ trong các thùng chứa được làm từ chất liệu thông thường. Trên đây là một số chia sẻ của LabVIETCHEM về phản vật chất là gì? Cách tạo ra phản vật chất. Hy vọng các bạn đã có thêm những hiểu biết tốt hơn để trả lời cho mình câu hỏi “phản vật chất có thật hay không” Xem thêm:
Để hiểu rõ nguyên lý của khí nén, một vài giới thiệu cơ bản về hiện tượng vật lý sẽ giúp ích rất nhiều. Chúng ta bắt đầu tìm hiểu về các đơn vị vật lý khác nhau để đo áp suất, nhiệt độ và công suất nhiệt.
Trái với lý thuyết của Anaxagoras kể trên, Democritus lại cho rằng vật chất được cấu tạo do những thành phần cực nhỏ, xác định. Thế rồi các giáo điều của Aristotle đã ngự trị cho tới thời Phục Hưng. Một trong các nhà trí thức đầu tiên đã phản đối những thành kiến dị đoan cũ là Francis Bacon. Bacon là luật gia kiêm chính trị gia dưới triều đại Nữ hoàng Elizabeth và vua James I, đã tố cáo Aristotle là đã pha thêm màu sắc và làm sai lệch triết học tự nhiên bằng những thành kiến của mình. Khi phlogiston thoát ra từ một vật chất, nó để lại “tro” mà theo như Aristotle thời trước, đó là thành phần “đất”. Để giải đáp tại sao một thứ kim khí khi mất phlogiston, tức là rỉ sét, lại nặng hơn, các người ủng hộ lý thuyết phlogiston đã trả lời rằng “vì phlogiston có trọng lượng âm và làm vật nhẹ hơn khi có nó “. Lý thuyết về phlogiston của Stahl đã là giải pháp cuối cùng để cứu vãn tư tưởng chìm dần dần của Aristotle. Nều trước kia giáo điều Aristotle đã làm lý thuyết nguyên tử bị bỏ quên 2,000 năm thì ngày nay, phlogiston cũng làm sai lệch sự diễn tả về vật chất của nhiều nhà khoa học. Vào năm 1774, Joseph Priestley, nhà thần học kiêm khoa học người Anh, đã dùng một thấu kính 30 cm để hội tụ ánh sáng mặt trời vào một thứ đất đỏ (oxít thủy ngân) và đã thấy rằng nhiệt lượng đã làm bay ra một thứ khí và để lại một kim loại lỏng: thủy ngân. Priestley cho rằng chất khí bay ra đó (Oxi) vì thiếu hụt phlogiston, nên nó đã chiếm lấy một cách mạnh mẽ phlogiston của cây nến, vì vậy ông gọi thứ khí bay ra đó là “không khí thiếu phlogiston”. Priestley quan niệm rằng trong không khí còn một chút phlogiston và chỉ có thứ khí kể trên là hoàn toàn không còn chút phlogiston nào. Lý thuyết phlogiston còn làm sai nhầm một nhà bác học lừng danh khác, là Henry Cavendish. Vào năm 1766, Cavendish đã khám phá ra khí “hidro” và khi pha trộn khí này với “không khí thiếu phlogiston” của Priestley rồi bật một tia lửa điện, Cavendish đã lấy được nước. Nhưng Cavendish đã cắt nghĩa hiện tượng đó sai nhầm hẳn, bằng cách cho rằng hidro là “nước dư phlogiston”trong khi oxi là “nước thiếu phlogiston”. Như vậy lý thuyết về nguyên tử lại phải chờ một người nhìn xa biết rộng khác và người này chính là Antoine Laurent Lavoisier. Lavoisier hơn hẳn các nhà khoa học đồng thời với ông ở chỗ ông quan tâm về một dụng cụ: cái cân rất nhậy. Lavoisier đã thực hiện lại thí nghiệm của Priestley bằng cách đun thủy ngân trong một bình kín và đã thấy rằng trọng lượng tăng thêm của thủy ngân bằng trọng lượng mất đi của không khí và khi đun thêm oxít thủy ngân, ông lại được thứ khí có trọng lượng bằng với trọng lượng không khí đã mất ban đầu. Ông còn tiến hành nhiều thí nghiệm định lượng khác. Ông nhận thấy rằng khi than đá cháy nó kết hợp với oxitajo thành khí cacbon dioxit. Lavoisier tổng kết những phát hiện của ông trong những thí nghiệm này và nhiều thí nghiệm khác bằng một định luật khoa học. Định luật bảo toàn khối lượng của ông cho rằng vật chất không tự sinh ra hay mất đi trong một phản ứng hóa học. Hay nói cách khác, tổng khối lượng của tất cả sản phẩm thu được bằng với khối lượng ban đầu của chất phản ứng. Lý thuyết của Lavoisier vào thời đó cũng chưa được chấp nhận ngay. Có nhà khoa học nói rằng nếu có các đơn chất chưa được phối hợp để tạo ra hợp chất thì lại không có gì chứng tỏ tỉ lệ các đơn chất phối hợp đó luôn luôn không thay đổi mà trái lại, tỉ lệ đó còn thay đổi với thời gian và không gian. Hầu Tước Berthelot cũng có ý tưởng này. Pierre Marcellin Berthelot đã nghiên cứu cùng Lavoisier và đã được Napoléon chọn làm cố vấn về Khoa Học trong chuyến viễn chinh Ai Cập vào năm 1789. Theo Berthelot, các đơn chất phối hợp với nhau theo các tỉ lệ không hạn định và vì tỉ lệ của hydro và oxi để tạo thành nước khác nhau nên nước của dòng sông Nile khác hẳn với nước của dòng sông Seine. Vào năm 1799, Joseph Louis Proust chỉ ra rằng hợp chất vẫn gọi là là đồng cacbonat dù lấy trong tự nhiên hay được điều chế trong phòng thí nghiệm đều chứa 3 nguyên tố giống nhau : đồng, cacbon và oxi và luôn luôn trong cùng một tỉ lệ về khối lượng : 5,3 phần đồng : 4 phần oxi : 1 phần cacbon. Để kết luận về điều này và mở rộng ra cho những thí nghiệm khác. Proust phát biểu một định luật mới. Ông phát biểu: Một chất luôn luôn chứa những nguyên tố trong một tỉ lệ xác định và không có một sự kết hợp nào khác. Tổng quát hóa ông gọi nó là định luật tỉ lệ xác định. Định luật tỉ lệ xác định là nền tảng cho công thức hóa học. Nhưng nó cũng có nghĩa rộng hơn. Ví dụ, trong điện phân nước luôn luôn thu được 2 phần hidro và một phần oxi về thể tích. Kết quả không phụ thuộc vào nguồn gốcnước ở đâu ra hay là nó được tạo thành bằng cách nào. Hơn thế nữa, nước tinh khiết luôn có cùng tính chất: Nó ẩm ướt, nó hòa tan đường, muối, và đông lại ở O°C. Tính chất của nước không phụ thuộc vào ý muốn của chúng ta. 3. Lý thuyết nguyên tử vào thế kỷ 19 Vào năm 1808, John Dalton cho xuất bản cuốn sách “Lý thuyết nguyên tử“ (The Atomic Theory). Dalton đã xác định rằng tất cả vật chất đều do nguyên tử tạo thành và không thể phân chia nguyên tử ra thứ nhỏ hơn được. Lý thuyết nguyên tử của Dalton được thế giới khoa học chấp nhận ngay. Nhưng Dalton đã nhầm lẫn khi nói về “các nguyên tử của hợp chất” mà không đề cập đến phân tử, nên đã tìm ra trọng lượng nguyên tử của oxi là 8 và công thức của nước là H2O cũng như công thức của Ammoniac là NH3 khiến cho trọng lượng nguyên tử của nitơ chỉ bằng 1/3 trọng lượng chính thức. Một năm sau ngày Dalton phổ biến lý thuyết nguyên tử, Gay-Lussac đề cập đến lý thuyết về thể tích của các khí tác dụng. Tới năm 1860, khi các nhà hóa học họp hội nghị tại Karlsruhe để tìm cách giải quyết các ngõ bí về phân tích hóa học thì Julius Lothar Meyer (1830 - 1895) Avogadro trước kia đã dùng phân tử của hidro làm đơn vị trong khi Cannizzaro lại đề nghị dùng phân nửa của phân tử tức là nguyên tử. Ý tưởng này đã khiến cho các nhà hóa học nhận thức được sự khác biệt giữa nguyên tử và ph Vào khoảng đầu năm 1896, các báo chí tại châu Âu đều đăng tải một tin phát xuất từ Vienne. Theo tin tức này, một giáo sư người Đức tên là Wilhelm Roentgen thuộc trường đại học Wurzburg, vừa mới khám phá ra một phương pháp chụp các vật đã được cất dấu, ngay cả xương chân tay của con người. 4. Henri Becquerel và ông bà CurieTrong số các thính giả của buổi trình bày này có Henri Becquerel, giáo sư vật lí tại Viện Bảo Tàng Lịch Sử Thiên Nhiên (Musée d’Histoire Naturelle). Henri Becquerel cũng là một nhà vật lí thuộc Hàn Lâm Viện Khoa Học giống như cha và ông nội của ông. Becquerel nhận thấy tia X đã làm sáng màn huỳnh quang trong khi đó, trạng thái huỳnh quang đã được cha của ông khảo cứu kỹ càng. Becquerel liền chú ý tới khám phá của Roentgen.
Trong nhiều tháng trường, Becquerel đã làm thí nghiệm với chất huỳnh quang urani sunfat và kali sunfat. Đó là một hợp chất gồm hai chất kể trên với lưu huỳnh và oxi. Tinh thể của hợp chất này thường sáng lên khi được chiếu bằng tia tử ngoại (UV). Chủ đích của Becquerel là muốn khám phá các tia còn bí ẩn vì thế ông đã dùng một bản thu ảnh gói trong giấy đen. Muốn kích thích tính huỳnh quang của các tinh thể urani sunfat và kali sunfat, Becquerel dùng tới tia tử ngoại của ánh sáng mặt trời. Ông đặt lên cửa sổ các tinh thể trên giấy đen có gói bản thu ảnh bên trong. Sau vài giờ phơi nắng, Becquerel làm hiện hình tờ giấy ảnh: ông đã thấy các vết sám lớn dần tại chỗ có các tinh thể của hợp chất. Becquerel liền đặt các tinh thể trên một đồng tiền thì thấy hiện hình trên giấy ảnh một vòng tròn trắng trên một nền đen. Trong thí nghiệm thứ ba, Becquerel đặt giấy ảnh và tinh thể cách nhau bằng một miếng kính vì ông e ngại ánh sáng mặt trời sẽ làm cho các tinh thể sinh ra các hơi và những làn hơi này tác dụng trên mặt nhậy cảm của giấy ảnh. Trong lần này, Becquerel đã tìm thấy kết quả như thể không có miếng kính. Ngày 24 tháng 2 năm 1896, Becquerel tuyên bố với Hàn Lâm Viện ông đã tìm ra một thứ tia sáng đâm thấu. Ông đặt giả thuyết rằng tia X là một phần của bức xạ huỳnh quang. Becquerel đã nhầm lẫn, nhưng rất may ông vẫn còn tiếp tục khảo cứu. Ba ngày sau đó, mọi vật dụng thí nghiệm đều sẵn sàng nhưng thời tiết thay đổi, trời không có nắng nữa. Becquerel liền xếp vào ngăn kéo nào giấy ảnh, nào các tinh thể hóa chất. Các vật dụng này cất trong tối 5 ngày và Becquerel cho rằng chất urani sunfat và kali sunfat chỉ chiếu sáng khi được kích thích bằng tia tử ngoại. Nếu vậy các giấy ảnh vẫn còn trinh nguyên vì để trong bóng tối. Do lòng kiên nhẫn sẵn có, Becquerel đem làm hiện hình giấy ảnh thì thấy giấy ảnh lần này lại đen sẫm hơn những lần trước kia, điều này làm ông sửng sốt. Nếu vậy các tinh thể kia đã có thể tự phát ra các tia bức xạ. Becquerel liền thí nghiệm lại trong phòng thật tối và thấy rằng điều nhận xét đó đúng. Lúc này, Becquerel đã gặp khó khăn trong việc cắt nghĩa lý do vì thế ông tiếp tục tìm kiếm câu giải đáp. Becquerel thấy rằng những chất chứa urani và ngay cả các hợp chất có urani mà không có tính chất huỳnh quang, đều có thể phát ra các tia bức xạ trong khi các hợp chất khác chứa canxi hay kẽm chẳng hạn lại không có tính chất trên. Sau nhiều thí nghiệm, Becquerel đi tới kết luận chất urani là nguyên nhân khiến các bản thu ảnh bị tác dụng và ông đã nghĩ tới việc thí nghiệm bằng urani nguyên chất nhưng cho tới thời bấy giờ, chưa có thứ kim loại này. Ông đành chờ đợi. Thời bấy giờ, Henri Moissan thuộc trường Cao Đẳng Dược Khoa Paris, đang tìm kiếm phương pháp điều chế urani nguyên chất. Tới tháng 5, Moissan thành công và Becquerel đã làm thí nghiệm với một miếng của thứ kim loại mới này. Ông ta đã thấy các tia bức xạ mạnh gấp bội, hơn hẳn tại các lần thí nghiệm trước. Như vậy Becquerel đã khám phá ra tính chất của một thứ kim loại mới có khả năng phát ra các tia bức xạ. Nhưng các điều khám phá của Roentgen và Becquerel chưa khiến cho các nhà bác học đương thời lưu ý. Những điều tìm thấy đó bị bỏ quên trong một năm rưỡi, cho tới cuối năm 1897, mới được Marie Curie để tâm đến. Pechblende là một khoáng chất chứa urani kết tinh. Marie Curie đã ngạc nhiên thấy pechblende cho các tia bức xạ mạnh hơn các tia của kim loại urani nguyên chất. Nếu vậy trong pechblende phải có một nguyên tố nào chưa biết, có đặc tính phát ra các tia đâm thâu, vì vậy phải tìm ra chất đó. Việc lấy một chất mới ra khỏi các chất khác đòi hỏi nhà bác học phải là một nhà hóa học thành thạo, thấu hiểu tất cả tính chất của những nguyên tố đã biết, trong khi đó cả ông Pierre lẫn bà Marie đều chưa phải là các nhà hóa học. Vì thế hai ông bà Curie đành phải đến hỏi Gustave Bémont trong khi ông này chỉ là trưởng phòng thí nghiệm của trường Lý Hóa. Vào cuối năm 1898, ông bà Curie công bố việc khám phá ra một chất mới thứ hai: chất Radi. Ngày 26/12/1898, Becquerel trình bày sự khám phá ra chất radi của ông bà Curie trước Hàn Lâm Viện Khoa Học Pháp. Như vậy giới khoa học đã biết tới 3 chất phóng xạ. Chất thứ tư là Thoriđược khảo sát do R. B. Owens, giáo sư thuộc đại học McGill tại Montreal, Canada. Lúc bấy giờ Owens mới 28 tuổi và là bạn của Ernest Rutherford, 27 tuổi, giáo sư vật lí tại trường đại học Montreal. Rutherford đã khuyến khích Owens nghiên cứu về chất thori và ông này đã dùng các phương pháp của Rutherford. Rutherford sinh trưởng tại Tân Tây Lan. Ngay từ nhỏ, ông đã nổi danh là một thần đồng. Khi còn theo học tại trường trung học Nelson, Rutherford rất giỏi về Toán, Lý, Hóa, Sử, La Tinh, Pháp Văn và Văn Chương Anh. Ông đã đỗ đạt rất sớm với hạng rất cao. Cuối năm 1825, Rutherford được gửi theo học tại đại học Cambridge. Thời bấy giờ giám đốc phòng thí nghiệm Cavendish là nhà bác học J. J. Thomson nhận thấy Rutherford là người có tài, nên nhận Rutherford làm phụ tá. Thomson và Rutherford cùng nghiên cứu về tia X và sự ion hóa các chất khí trong hơn một năm trường. Vào mùa xuân năm 1898, một tin từ đại học McGill cho biết trường này hiện thiếu một chân giáo sư. Với sự giới thiệu của Thomson, Rutherford đã được bổ về trường McGill. Tại nơi đây, Rutherford đã khảo sát hiện tượng phóng xạ khơi mào . Những nhà khoa học tiền phong về chất phóng xạ kể trên như Becquerel, ông bà Curie, Rutherford... đã khiến cho Sir William Crookes chú ý tới tính phóng xạ vào cuối năm 1899. Là nhà hóa học tại thành phố London, Crookes rất giàu có lại yêu thích công việc khảo cứu khoa học. Sau căn nhà, ông cho lập một phòng thí nghiệm riêng. Ngoài ra ông còn đứng ra xuất bản một tuần san về hóa học. Sir William Crookes cũng định tìm kiếm chất radi trong pechblende nhưng sau nhiều lần gạn lọc và tìm hiểu, ông cảm thấy mình đang có trước mặt một chất mới, không phải là poloni lẫn radi mà ông gọi là Urani X. Vào tháng 5 năm 1900, Crooks mang những điều tìm được của mình trình bày trước Hội Khoa Học Hoàng Gia London.
Vào mùa hè năm 1900, khi Rutherford trở về Tân Tây Lan để cưới vợ thì Frédérick Soddy tới Montreal. Soddy khi đó mới 22 tuổi, năm trước vừa đậu văn bằng hóa học tại trường đại học Oxford, nhưng vì không kiếm nổi việc làm tại nước Anh nên Soddy đành sang Canada. Trong thời gian lưu lại Montreal, Soddy đã lóa mắt trước các phòng thí nghiệm lộng lẫy do Sir William Macdonald, vua thuốc lá, xây dựng cho trường đại học McGill. Vì vậy Soddy tình nguyện nhận chân nghiệm chế viên hóa học. Chính tại phòng thí nghiệm của Rutherford, Soddy được giao phó việc khảo sát chất thori. Soddy và Rutherford đã tìm ra một hóa chất còn nghi ngờ với tên gọi là thori X. Khi trở về làm việc tại Cambridge, Rutherford khảo sát sự “ion ” hóa và thấy rằng urani phát ra hai loại tia mà ông đặt tên là tia alpha và tia bêta. Sau đó nhà vật lí học trẻ tuổi của trường đại học McGill là Arthur Gorden Grier nhận thấy rằng thori cũng như urani chỉ cho tia alpha trong khi urani X và thori X phát ra tia bêta. Tác giả bài viết: Phạm Duy Nghĩa |