9-02-2014 | KHOA HỌC

Câu Chuyện Về Chất Phản Vật Chất

  TRẦN HỒNG VĂN

Lời giới thiệu: “Chúng ta cần phải tìm cách thoát ra khỏi trái đất này càng sớm càng tốt vì tôi sợ là nó sẽ bị hủy diệt sớm”. Đó là lời phát biểu nửa đùa nửa thật của một nhà khoa học đang làm giám đốc trung tâm nghiên cứu để sản xuất một loại vật chất mới gọi là PHẢN VẬT CHẤT, vì chính chất này sẽ được dùng để chế tạo loại bom POSITRON có sức tàn phá mạnh gấp ngàn lần một quả bom nguyên tử. Nhưng ai là người đã khám phá ra loại Phản Vật Chất này và vận hành của nó ra sao? Xin mời độc giả theo dõi bài viết dưới đây của Tiến Sĩ Trần Hồng Văn.(Người Lính Già 73: Lê Phú Nhuận)

Khái niệm về nguyên tử:

  Democritus (460 BC-370 BC)

Trên 2000 năm trước, nhà hiền triết và toán học Hy Lạp Democritus (460 BC-370 BC) đã đưa ra một giả thuyết là vật chất được cấu tạo bởi những đơn vị nhỏ nhất gọi là nguyên tử. Giả thuyết này đầu tiên được nêu ra từ khái niệm của Leucippus, người thầy của ông. Nhưng ngay sau khi giả thuyết này được đưa ra thì bị các nhà triết học đương thời khác khinh miệt, điển hình là Plato cũng là một nhà triết học và toán học Hy Lạp, là học trò của Socrates, là thầy của Aristotle và cũng là người sáng lập ra Viện Hàn Lâm tại Athenes. Plato viết là ông không ưa giả thuyết của Democritus và mong đốt hết tất cả sách của ông ta viết ra. Trong suốt một giai đoạn dài cả 2000 năm, giả thuyết về nguyên tử bị lãng quên. Cho đến nay Democritus được coi là ông tổ của ngành khoa học hiện đại.

   Plato (424 BC-348 BC), trái
và học trò của ông là
Aristotle (469 BC-399 BC), bên phải

Với sự tiến bộ của ngành khoa học hiện nay, người ta đã chứng minh được nguyên tử không phải là phần tử nhỏ nhất của vật chất. Nếu quan sát vật chất với một độ cực nhỏ thì thế giới của nguyên tử hiện ra, càng gần thì càng thấy một thế giới lạ lùng, đó là thế giới định lượng. Thế giới đó không phải là những quả bóng, những đám mây hay những vật thể mà ta thường gặp phải, mà là một thế giới của các nhân tố định lượng, từ đó có thể cho ta biết một phân tử được thành lập từ những nguyên tử ra sao. Nó cũng cho ta biết sự “chuyển động” của một vài hạt trong một nguyên tử.

Hình bên đây miêu tả một nguyên tử được cấu tạo bằng các hạt điện tử (electron), các điện tử này quay chung quanh một nhân (nucleus). Nhân được cấu tạo bằng những hạt dương điện tử (proton) và các trung hòa tử (neutron). Các hạt này lại được cấu tạo bởi những phần tử nhỏ hơn nữa gọi là các quarks. Do luật bảo tồn năng lượng và sự đối xứng, chúng có những tác động hỗ tương, nói cách khác là chúng mang những điện tích và có những lực quán tính hay quay chung quanh nhau. Các electron mang điện tích âm (-) trong khi proton mang điện tích dương (+). Mặc dù neutron không có điện tích nhưng vẫn có lực quán tính như các electron và proton.

Chất Phản Vật Chất:

     Paul Dirac (1902-1984)

Paul Dirac là người đầu tiên đưa ra giả thuyết về chất phản vật chất. Ông là một nhà vật lý học người Thụy Sĩ, sau đó giáo sư môn toán học và vật lý học tại Đại học Cambridge, Anh Quốc cho tới 1969. Suốt 14 năm sau cùng trong đời, ông làm việc cho các trường Đại học Miami, Florida và Florida State University. Ông được coi là một lý thuyết gia vĩ đại ngành vật lý học của Anh Quốc sau Isaac Newton.

Vào năm 1930, Dirac đưa ra một giả thuyết về lý thuyết định lượng, trong đó nói tới các chuyển động của các hạt điện tử trong điện trường và từ trường. Ông tiên đoán là phải có một loại hạt khác, cùng một khối lượng như hạt điện tử (electron) nhưng lại mang một điện tích dương thay vì điện tích âm như các hạt điện tử thông thường. Hạt này được gọi là positron, một hạt phản lại với hạt điện tử (electron). Đây là một khái niệm về chất phản vật chất.

Ngay năm sau, năm 1931, giả thuyết về chất phản vật chất trên đuợc kiểm chứng bởi Carl D. Anderson, một nhà vật lý học Hoa Kỳ. Anderson đã chứng minh và chụp hình được một loại hạt đã đi xuyên qua một tấm chì dầy. Khi quan sát tia vũ trụ với những hạt có năng lượng cao đi qua một làn hơi nước, Anderson thấy có một loại hạt có những đặc tính tương tự như electron nhưng hướng đi lại cong vòng xuống phía dưới, điều này chứng tỏ hạt mới tìm được này mang một điện tích dương và bị hút bởi lực từ trường. Chúng có cùng một khối lượng và cùng có những đặc tính khác như electron và được gọi là positron. Do kết quả thí nghiệm trên cùng lý thuyết định lượng về hạt electron khiến Dirac được trao giải thưởng Nobel Vật Lý vào năm 1933, lúc đó ông mới được 31 tuổi và được coi là cha đẻ thuyết vật lý học lượng tử (Quantum Physics). Ngày nay người ta đã thu thập những số lượng positron rất lớn để áp dụng vào các ngành khoa học ứng dụng.

Sự tiên đoán của Dirac không phải chỉ áp dụng cho hạt electron mà áp dụng cho tất cả những hạt căn bản tạo nên vật chất. Mỗi loại hạt đều có những hạt phản lại. Cả hai loại này có cùng một khối lượng và tính chất tương tự như nhau chỉ có điện tích là ngược lại nhau.

Khi hạt vật chất và hạt phản vật chất gặp nhau, chúng sẽ tiêu diệt nhau và phóng thích

tất cả năng lượng chứa trong khối lượng của chúng, kết quả là sẽ tạo ra tia gamma và

đôi khi tạo ra một cặp vật chất và phản vật chất mới.

Ví dụ proton mang điện tích dương (+) nhưng hạt phản proton lại mang điện tích âm (-). Cho đến nay, hiện diện của những hạt phản vật chất đã được xác định rõ ràng và người ta đã tìm được hàng trăm loại hạt phản vật chất như vậy.

Mỗi khi cặp hạt này gặp nhau, chúng tiêu diệt lẫn nhau, kết quả là cả hai đều biến mất và năng lượng của chúng sẽ biến đổi thành dạng khác. Cả hai dạng vật chất và phản vật chất đều không khác biệt nhau, nghĩa là các định luật vật lý áp dụng cho chất phản vật chất tương tự như cho vật chất, chỉ có một khác biệt là thế giới này được tạo dựng bởi vật chất, còn những chất phản vật chất sẽ bị biến mất nhanh chóng vì chúng sẽ bị tiêu diệt ngay khi gặp các loại vật chất tương ứng.

Khám phá các chất phản vật chất.

Các nhà vật lý học ngày nay đã hiểu nhiều về chất phản vật chất sau khám phá của Carl Anderson. Một khám phá lạ lùng nữa là vật chất và chất phản vật chất có lực cuốn hút nhau (vì chúng có điện tích đối nghịch nhau) sau đó tiêu diệt nhau rồi phát nổ mạnh và tạo ra những luồng quang tuyến hay tạo ra một dạng vật chất khác.

Lý thuyết về vật lý cho rằng vào khoảng 13.7 tỉ năm trước có một trận nổ khủng khiếp (hiện tượng Big Bang) để tạo dựng ra vũ trụ, lúc đó vật chất và phản vật chất được tạo ra với một số lượng tương đương. Hai loại vật chất này tiêu diệt nhau để tạo ra năng lượng và các luồng quang tuyến mà bây giờ người ta vẫn còn nhìn thấy, đó là các tia vũ trụ nguyên thủy. Trong một phần ngàn của một giây sau Big Bang, số lượng vật chất lại hơn số phản vật chất, do đó, một giây sau Big Bang, phần lớn số phản vật chất bị tiêu diệt, không gian chỉ chứa đầy vật chất. Các nhà vật lý học chưa giải thích được hiện tượng tại sao lại có số khác biệt nhau như vậy. Hiện nay, chất phản vật chất chỉ thấy ở các tia vũ trụ, những hạt ngoài không gian có năng lượng cao và chúng tạo thành những hạt mới khi tới bầu khí quyển trái đất.

Theo các định luật và nguyên lý về vật lý học, vũ trụ này không thể hiện diện như ngày nay được. Để giảng nghĩa tại sao các tinh tú, các giải ngân hà đang lấp lánh trong vũ trụ này hay con người lại hiện diện tại đây, các nhà khoa học đã dựng lại khung cảnh thuở khai thiên, bắt đầu bằng hiện tượng Big Bang lúc mà vật chất và phản vật chất tiêu diệt nhau.

Big Bang thành lập năng lượng và vật chất vào thời điểm vũ trụ có số tuổi là 1/1000 của một nano giây (1 nano = một phần tỉ), rồi:

- Big Bang tạo ra số lượng vật chất và phản vật chất tương đương nhau, lúc này nhiệt độ cực cao.

- Vật chất và phản vật chất tiêu diệt nhau.

- Kết quả: Chất phản vật chất tiêu diệt 99.999999% vật chất trong vũ trụ.

- Ba phút sau, nhiệt độ giảm dần, nguyên tử đầu tiên xuất hiện.

- Hạt vật chất còn sót lại sau vụ nổ kết hợp lại với nhau theo một nhóm, gồm các hạt proton, neutron và electron để tạo ra nguyên tử. Những nguyên tử đầu tiên là hydrogen, deuterium và helium.

- 13.7 tỉ năm sau và sau này: các nguyên tử kết hợp với nhau tạo ra các ngôi sao, các giải ngân hà và vũ trụ như ngày nay.

Những loại hạt này xuất hiện trong những thí nghiệm gia tốc tại cơ quan CERN, tại đây các nhà khoa học tạo ra một cuộc đụng chạm mạnh với một năng lượng thật cao để tạo ra các hạt và các hạt phản lại, sau đó sẽ nghiên cứu các đặc tính của chúng để tìm hiểu nguyên nhân của sự mất quân bình về số luợng hai loại hạt vào thuở ban đầu khi vũ trụ mới thành lập.

Vào năm 1967, nhà vật lý học người Nga là Andrei Sakharov đưa ra một giả thuyết để giải thích hiện tượng này. Ông cho là do tính tự hủy hoại của chất phản vật chất nhanh hơn vật chất đã đưa đến tình trạng trên. Trước đó vào năm 1964, các nhà vật lý đã làm thí nghiệm với một hạt vật chất có tên là K-meson và chất phản K-meson. Kết quả cho thấy chất phản K-meson bị tự hủy hoại nhanh hơn là K-meson (về phương diện vật lý học, khi nói tự hủy hoại có nghĩa là chất đó không còn ở tình trạng cũ nữa mà biến đổi thành một dạng vất chất khác. Phần lớn các hạt mới được tạo ra đều không bền, chỉ sau một khoảng thời gian thật ngắn, nó chịu những thay đổi và cuối cùng đạt tới tình trạng bền vững).

Một vài lý thuyết gia còn đưa ra giả thuyết là những chất phản vật chất không phải bị tiêu hủy hết mà vẫn còn hiện diện tại một nơi nào đó trong vũ trụ. Cho đến nay, người ta vẫn chưa tìm ra một phản vũ trụ hay những vùng chứa chất phản vật chất rộng lớn hiện diện trong vũ trụ này, tuy vậy các cơ quan nghiên cứu vẫn gửi những máy móc ra ngoài không gian để quan sát.

Tiếp sau thí nghiệm của Carl '''Anderson, những nhà vật lý học tại phòng thí nghiệm quang tuyến Lawrence đã tạo ra hạt phản-Proton vào năm 1950. Hạt này có cùng một khối lượng và tốc độ quay như Proton nhưng lại mang điện tích âm (-) và có quán tính ngược chiều.

   Các chất phản vật chất được thành lập phía trên đám bão (hình vẽ)

Các nhà khoa học đã dùng viễn vọng kính không gian Fermi để khám phá ra những tia phản vật chất sản xuất từ những sấm sét trong các trận bão tạo ra. Họ nghĩ là những tia gamma được tạo ra do sự đụng chạm của hạt vật chất với những hạt phản vật chất, một tiếng nổ ngắn ngủi phát ra kèm theo với những làn chớp. Có khoảng 500 tia gamma xuất hiện trong bầu khí quyển trái đất mỗi ngày. Như một máy làm tăng gia tốc, bão tố có thể tạo ra những tia gamma do đụng chạm giữa electron và positron. Viễn vọng kính Fermi được chế tạo và phóng lên không gian với mục đích ban đầu và chính yếu là quan sát những biến cố có năng lượng cao và các hiện tượng lạ xẩy ra trong vũ trụ.

Vào năm 1977, các nhà khoa học cho là có thể những chất phản vật chất còn hiện diện tại gần tâm của các giải ngân hà. Tháng 7. 2011, các nhà khoa học phân tích các dữ kiện từ vệ tinh PAMELA (Payload for Antimatter/Matter Exploration and Light-Nuclei Astrophysics), một hợp tác nghiên cứu của các nhà khoa học Ý, Đức, Nga và Thụy Điển đã tìm ra một vòng đai chất phản-proton nằm tại vòng trong của bầu khí quyển trái đất. Alessandro Bruno, thành viên trong nhóm nghiên cứu cũng là giáo sư tại Đại Học Bari, Ý, giải thích như sau:

“Hạt phản-proton sinh ra từ hạt phản-neutron, hạt này được tạo ra do phản ứng của tia vũ trụ khi tới gần trái đất thì đụng vào phần lớp trên bầu khí quyển (cách mặt đất hàng chục kilô mét). Các hạt phản-neutron sẽ thoát lên cao rồi bị hủy hoại để tạo ra các hạt phản-proton tại các độ cao hơn. Phản ứng của tia vũ trụ khi gặp bầu khí quyển cũng sinh ra những cặp proton và phản-proton. Những hạt phản-proton có khuynh hướng tụ lại tại vùng cách mặt đất vài trăm kilô mét”.

Vòng đai phản-proton này được lực từ trường của trái đất giữ lại và đây có thể là nguồn năng lượng chính cho những chuyến du hành của các phi thuyền bay ra ngoài thái dương hệ trong tương lai với vận tốc gần với tốc độ ánh sáng (186,000 miles/giây).

Một loại hạt nữa đang được nghi ngờ là nhân tố chính làm cho mất thằng bằng giữa vật chất và phản vật chất vào lúc ban đầu vũ trụ mới được thành lập và đang được tìm hiểu: đó là hạt neutrino. Thoạt đầu các nhà vật lý học hạt nhân cho rằng neutrino không có khối lượng nhưng vào thập niên 1990, các nhà nghiên cứu Nhật Bản chứng minh loại hạt này có khối lượng, tuy rất nhỏ, chỉ bằng một phần triệu của electron. Đặc tính này có thể giải thích tại sao vũ trụ được tạo dựng bằng vật chất chứ không phải là các chất phản vật chất.

Vào năm 2011, các nhà khoa học Ý tuyên bố là hạt neutrino bay nhanh hơn vận tốc ánh sáng. Đây là một cú shock cho giới khoa học vì nếu đúng như vậy thì các định luật về vật lý học sẽ bị đảo lộn, nhưng sau đó người ta đã chứng minh là lời tuyên bố trên là không đúng và chúng chỉ bay gần bằng tốc độ ánh sáng thôi. John Conway, giáo sư môn vật lý học tại University of California, Davis tuyên bố: “Neutrino là một loại hạt lạ lùng vì hầu như nó chẳng là gì cả, không mang điện tích, như không có khối lượng... chẳng là gì cả, nó là loại hạt ma...“.

Bộ năng lượng Hoa Kỳ đã chi ra 30 triệu đô la cho chương trình hợp tác với Trung Quốc để nghiên cứu về hạt neutrino. Kwong Lau và Lisa Whiteheada, hai giáo sư môn vật lý học tại đại học Houston đã tham gia vào chương trình này. Những lò nguyên tử hạt nhân đặt tại Quảng Đông rất thuận tiện cho việc nghiên cứu vì máy móc được đặt trên vùng đất cao cả cây số. Sau 7 tuần làm việc, vào tháng Giêng năm 2013 hai nhà nghiên cứu trên đã thu thập được nhiều kết quả rất khích lệ.

Chế tạo ra các chất phản vật chất

Phòng thí nghiệm tại cơ quan CERN (European Organization for Nuclear Research) tại biên giới Thụy Sĩ và Pháp gần Genève thường xuyên sản xuất ra những chất phản vật chất. Vào năm 2002, cơ quan này lần đầu tiên đã sản xuất ra một số lượng lớn chất phản vật chất. Họ đã thành công trong việc sản xuất ra nguyên tử phản Hydrogen và các phản nguyên tử khác.

Hạt phản-proton trong nhân nguyên tử phản hydrogen (hình trên) mang điện tích âm có hạt phản electron, positron, mang điện tích dương quay chung quanh
   Một nguyên tử hydrogen bình thường có hạt proton mang điện tích dương có hạt electron mang điện tích âm quay quanh (hình dưới)

Việc sản xuất ra các hạt phản vật chất hiện nay được phổ biến, nhưng việc kết hợp các hạt này với nhau để tạo ra các phản nguyên tử lại là một vấn đề vì chúng gặp các nguyên tử sẽ bị tiêu diệt liền để phát sinh ra năng lượng. Vào ngày 5 tháng 6, 2011, cơ quan CERN tại Genève, Thụy Sĩ đã sản xuất ra và dự trữ 309 nguyên tử phản hydrogen tổng cộng trong vòng 1,000 giây.

Trong tháng 11 năm 2010, các nhà khoa học tại đây cũng đã sản xuất được 38 nguyên tử phản hydrogen và giữ chúng trong vòng 1/6 giây. Mỗi ngày việc thu thập và dự trữ các nguyên tử phản vật chất này một nhiều và lâu hơn. Jonathan Wurtele, làm việc tại Bộ Năng Lượng Hoa Kỳ tại Lawrence Berkeley và cũng là thành viên của CERN tuyên bố: “Trước tiên chúng tôi muốn chứng tỏ là có thể giữ được các nguyên tử phản hydrogen, sau đó sẽ cải thiện hệ thống để có thể dự trữ chúng lâu hơn nữa”.

Suốt 20 năm nghiên cứu, vào ngày 18.11.2010, lần đầu tiên cơ quan CERN đã giữ được nguyên tử phản hydrogen lâu đủ trước khi nó biến mất và chứng minh được là chúng có thể giữ lâu hơn nữa để có thể nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Jeffrey Hangst, giáo sư môn Vật Lý và Thiên Văn Học tại Đại Học Aarhus, Đan Mạch cùng các cộng sự viên gồm những nhà khoa học Anh, Ba Tư, Canada, Do Thái và Hoa Kỳ đã giữ được 38 nguyên tử phản Hydrogen trong vòng 1/10 giây. Vì các chất phản vật chất và vật chất khi gặp nhau thì tiêu diệt nhau lập tức, giáo sư Hangst nói là “mục tiêu nghiên cứu hiện nay của cơ quan CERN là giữ chúng lại trong một thời gian lâu hơn nữa”. Hiện nay người ta dùng điện trường và từ trường để giữ những nguyên tử phản vật chất.

Ứng dụng các chất phản vật chất

1- Chữa bệnh ung thư:

Người ta hy vọng một ngày gần đây các chất phản vật chất có thể là một công cụ hữu hiệu để chữa bệnh ung thư. Từ năm 2003, lần đầu tiên các nhà khoa học tại Phòng Thí Nghiệm Tế Bào tại CERN nghiên cứu những hiệu quả sinh học của chất phản proton. Họ thấy là tia phản proton đã gây tổn thương cho tế bào 4 lần nhiều hơn là tia proton. Kết quả này thật khích lệ vì bệnh nhân nếu được chữa trị bằng tia phản proton sẽ được nhận số lượng tia phóng xạ ít hơn nhiều cũng như số tế bào ung thư bị tiêu diệt nhiều hơn so với lối chữa trị hiện nay.

2- Chụp hình ba chiều trong cơ thể:

Những chất phản vật chất được dùng thường xuyên trong ngành y khoa để kiểm tra sự hoạt động của các cơ quan trong cơ thể. Chất phản vật chất này thường là những positrons được đưa vào trong các bộ phận, khi gặp vật chất đối nghịch là những electrons sẽ phát ra những tia quang tuyến gamma, người ta sẽ chụp được bộ phận đó. Ngày nay hầu hết các bệnh viện đều trang bị máy PAT (Positron Emission Tomography). Các bác sĩ điều trị rất thích phương pháp này vì đơn giản và chụp những bức hình trong nội tạng thật chính xác. Một PAC Scan chính xác trong khoảng vài mili-mét của bộ phận cần quan sát. Tùy vào loại phản vật chất, những tiến trình biến dưỡng sẽ được quan sát, ví dụ như chất phân tử phản oxgen sẽ dùng để quan sát não bộ … Những chất phản vật chất còn được dùng để khám phá ra những ung bướu hay các hoá chất trong não bộ.

3- Trong phim khoa học giả tưởng:

 Hình chụp tại cơ quan CERN cho thấy một electron và một positron (chất phản electron) quay ngược chiều nhau.

Star Trek: Chất phản vật chất là nguồn năng lượng tuyệt vời đưa con thuyền không gian Entreprise tới những nơi thật xa với vận tốc nhanh hơn tốc độ của ánh sáng. Tuy rằng việc du hành trong không gian như vậy không thực tế, nhưng lý thuyết của chất phản vật chất đã quyến rũ những người say mê khoa học giả tưởng và các nhà khoa học về những khám phá vùng đất hứa tại những giải ngân hà xa xăm nào đó cũng như nguồn gốc của vũ trụ.

Thiên Thần và Ác Qủy (Angels and Demons): Chất phản vật chất giữ vai trò chính trong cuốn tiểu thuyết “Thiên Thần và Ác Qủy” của Dan Brown và đã được dựng thành phim với tài tử Tom Hanks. Câu chuyện kể một giáo phái muốn tiêu diệt Vatican bằng một “trái bom có sức tàn phá không thể dừng được”. Sau khi đóng xong phim này, Tom Hanks nói đùa là muốn làm việc với cơ quan CERN để tạo ra chất phản vật chất.

4- Ứng Dụng Trong Việc Thám Hiểm Vũ Trụ:

Tất cả những phim khoa học giả tưởng đều dựa vào chất phản vật chất làm nhiên liệu cho thuyền không gian với một lý do giản dị và có lý, đó là nguồn nhiên liệu tốt nhất. Trong khi với nguồn nhiên liệu hiện nay phải dùng tới hàng tấn hoá chất để đẩy con thuyền lên thám hiểm Hoả Tinh, với chất phản vật chất người ta chỉ cần một phần mười của một mili-gram thôi. Tuy vậy, phản ứng của vài chất phản vật chất lại phát ra những tia gamma, những tia này phá vỡ những phân tử trong các tế bào nên có kết quả xấu. Hiện nay cơ quan NASA đang nghiên cứu cho một dự án với thuyền không gian dùng chất phản vật chất chỉ phát ra những tia gamma có năng lượng thấp.

Khi chất phản vật chất gặp vật chất, chúng tiêu diệt lẫn nhau để phát sinh ra năng lượng. Vì khối lượng chất này hoàn toàn biến thành năng lượng nên phản ứng của chất phản vật chất rất mạnh, trong khi với phản ứng của một quả bom nguyên tử thì chỉ có chừng ba phần trăm tổng số khối lượng biến thành năng lượng mà thôi. Trước kia, các dự án cho phi thuyền không gian thám hiểm Hoả Tinh có người dùng chất phản proton, chất này sản xuất ra những tia gamma có năng lượng cao, nhưng đến nay những dự án mới lại dùng chất positron với những luồng tia gamma có số năng lượng thấp hơn gấp 400 lần. “Điều quan quan trọng nhất là an toàn”, Tiến sĩ Gerald Smith làm việc cho trung tâm nghiên cứu Positronics Research tại Santa Fe, New Mexico tuyên bố như trên.

Sức đẩy nguyên tử này sẽ làm giảm thời lượng tới Hoả Tinh, giảm thời gian phải tiếp xúc với tia vũ trụ. Hơn nữa nếu phi thuyền dùng năng lượng bằng hoá chất thì nặng, cồng kềnh và chi phí cao hơn nhiều. Một điểm lợi nữa là làm tăng tốc độ của phi thuyền. Người ta có thể đưa phi hành gia lên tới Hoả Tinh trong 180 ngày với tiến bộ khoa học hiện nay, “Dựa trên ý niệm và nghiên cứu trong tương lai, các phi hành gia có thể đổ bộ lên hành tinh này trong vòng 45 ngày”, Kirby Meyer, một khoa học gia làm việc tại cơ quan Positronics Research tuyên bố như trên. Các nhà khoa học hy vọng là vào một ngày nào đó, với việc sử dụng chất phản vật chất là nguồn nhiên liệu chính sẽ rút ngắn hành trình tới Hỏa Tinh từ 11 tháng xuống còn một tháng. Theo như bản phúc trình của cơ quan NASA năm 2010, lò phản ứng nguyên tử với nhiên liệu là chất phản vật chất có thể đẩy phi thuyền cho những chuyến thám hiểm xa hơn nữa vào cuối thế kỷ này, nó có thể hạ xuống Mộc Tinh chỉ trong vòng 4 tháng thay vì hàng vài năm và mở đầu cho những cuộc thám hiểm có người tới các hành tinh xa xăm phía ngoài của thái dương hệ.

Theo như “Technology Frontiers”, phúc trình của cơ quan NASA thì chỉ cần 1 microgram chất phản vật chất anti-proton hay 10 milligram chất phản electron (positron) đủ để đẩy một phi thuyền nặng 110 tấn trong chuyến du hành khứ hồi tới Hoả Tinh và 1.16 gram chất phản vật chất anti-proton cũng đủ cho một chuyến du hành tới Mộc Tinh (hành tinh thứ năm và lớn nhất trong Thái Dương Hệ, cách mặt trời 778 triệu kilômét, xa mặt trời 5.2 lần trái đất). Tuy vậy, việc sản xuất ra chất anti-proton rất đắt. Với tình trạng như hiện nay thì giá thành cho việc sản xuất ra vài gram chất này là nhiều tỉ tỉ đô la và sản xuất ra 10 milligram chất positron sẽ tốn khoảng 250 triệu đô la. Các nhà khoa học hy vọng là sẽ cải thiện để việc sản xuất nhanh và rẻ hơn nhiều trong tương lai và sau khi đổ bộ lên Hoả Tinh và Mộc Tinh, con người có thể đi tới những hành tinh xa lạ ngoài Thái Dương Hệ nữa.

5- Ứng dụng trong quân sự:

Không lực Hoa Kỳ đã sử dụng nhiều triệu đô la cho việc nghiên cứu nguồn năng lượng cao từ các chất phản vật chất cho võ khí tương lai trong quân đội.

Chất phản vật chất không còn là một sản phẩm của khoa học giả tưởng dùng trong tiểu thuyết hay các phim khoa học chiếu nhiều kỳ trên TV nữa mà đã được các nhà vật lý học tích cực nghiên cứu. Theo như định nghĩa thì vật chất và chất phản vật chất là âm và dương. Mỗi loại hạt trong một nguyên tử đều có loại hạt phản lại tương đương. Khi hai loại hạt này gặp nhau thì chúng tiêu diệt nhau để sản xuất ra một số năng lượng thật cao.

Trong thời chiến tranh lạnh, Bộ Không Lực Hoa Kỳ đã chi ra những ngân khoản để nghiên cứu tính vật lý cơ bản của chất phản vật chất và hướng về việc chế tạo các võ khí như các loại bom phản vật chất hay các phi cơ quan sát có thể bay 24/7. Ứng dụng có hậu quả ghê gớm là việc chế tạo ra các võ khí trong tương lai: quả bom dùng chất phản vật chất có sức công phá mãnh liệt và không để lại các tia phóng xạ. Ứng dụng khác của chất phản vật chất là tạo ra các mạch điện từ trường làm tê liệt hệ thống điện và hệ thống thông tin của bên địch khiến cho họ không thể điều hành xã hội cũng như quân đội được nữa. Vào muà hè năm 2004, Bộ không quân đã ra chỉ thị cấm nhân viên không được nói về các chương trình nghiên cứu chất phản vật chất trước công chúng, tuy vậy chi tiết về các chương trình này đã được phổ biến rộng rãi trước khi lệnh cấm được ban hành.

Vào ngày 24.3.2004, Kenneth Edwards, giám đốc sở quân dụng tại căn cứ không quân Eglin tại Florida là diễn giả chính tại buổi hội nghị tại Arlington do cơ quan NASA tổ chức. Trong hội nghị này, Edwards đề cập tới việc sử dụng chất phản vật chất positron. “Năng lượng sản xuất ra do sự đụng chạm giữa positron và electron nhiều hơn gấp 10 tỉ lần …” - Edwards giảng nghĩa - Một gram chất phản vật chất có thể đưa 23 con thuyền không gian lên quỹ đạo hay chỉ với 50 phần triệu của một gram chất positron sẽ phát ra một lực tương đương với 4,000 pounds TNT, đã phá hủy toà nhà liên bang Alfred P. Murrah tại Oklahoma City năm 1995.

Không giống như bom nguyên tử, bom positron không phát tán ra các tia phóng xạ. Khi một số lượng lớn positron và electron đụng độ sẽ phát sinh ra tia gamma vô hình nhưng có sức tàn phá mạnh gấp ngàn lần bom nguyên tử. Trong lý thuyết thì bom positron là một võ khí mơ ước của các nhà quân sự và được gọi là siêu bom “sạch” vì nó có sức công phá mãnh liệt mà không để lại những tia phóng xạ độc hại. Sau lệnh cấm, các viên chức của Bộ không quân không được phép tiếp xúc với các phóng viên nữa; tuy vậy, bộ này đang cộng tác với trường đại học Washington State University trong việc sản xuất chất phản vật chất positron. Kelvin Lynn, giám đốc trung tâm nghiên cứu tại đại học này nhiệt tình trong việc nghiên cứu việc sử dụng chất phản vật chất cho chương trình thám hiểm không gian nói đùa: “Chúng ta phải thoát nhanh ra khỏi hành tinh trái đất này vì tôi sợ là nó sẽ bị hủy diệt sớm”.

Tháng 2/2013

Trần Hồng Văn

(Nguồn: namuctuanbao.net)

Tài liệu tham khảo:

- Barnette, Michael. What is antimatter? 2002. Scientific American.

- Baquero-Cruiz and Chuckman So. Physics Store Antimatter Atoms for 1,000 seconds - and Still Counting. June 5, 2011. Science Daily.

- Cowen, Ron. Antimatter Belt Found Circling Earth. August 2011. Science Now.

- Davidson, Keay. Air Force Pursuing Antimatter Weapons. October 4, 2004. San Francisco Chronicle.

- Jordans, Frank. Scientists Isolate Anti-Atom for Study. Nov. 18, 2010. Associated Press.

- Moyer, Michael. Antimatter. March 27, 2002. Popular Science.

- Nasa. NASA's Fermi Catches Thunderstorms Hurling Antimatter into Space. 1.10.2011. nasa.gov/mission.

- Nasa Science. Thunderstorms Make Antimatter. 2011. Science News.

- Wall Mike. Antimatter Spaceships Could Make Long Flights Before End Of Century. 9/12/2012. Huff Post Science.

- Và nhiều tài liệu khác nữa.

Cùng Tác Giả:

- Con Thú Tật Nguyền Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Chùm Dây Leo Trên Căn Nhà Gỗ - Phần II Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Chùm Dây Leo Trên Căn Nhà Gỗ - Phần I Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Trong Cơn Lốc Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Theo Ngọn Sóng Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Bóng Đêm Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Một Người Tên Là Lovac Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Chiếc Bóng Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Một Cuộc Trao Đổi Công Bằng Trần Hồng Văn Truyện ngắn

- Cây Thập Tự Giá Trần Hồng Văn Truyện ngắn