Các nhà nghiên cứu tại Máy va chạm Hadron Lớn của Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN) ở Thụy Sĩ gần đây đã phát hiện ra Một hạt biến mất hiếm hoi mà họ tin rằng tồn tại trong vũ trụ sơ khai. Hạt – hiện được gọi là hạt X, vì không ai biết chính xác nó là gì – được tạo ra bằng cách va chạm hàng tỷ ion nặng bên trong máy gia tốc hạt nổi tiếng.

Nhóm với CMS Collaboration, thu thập dữ liệu từ tệp nén Muon Solenoid của LHC, đã đập các nguyên tử chì nặng với nhau ở nhiệt độ khoảng 5,5 nghìn tỷ độ C (9,9 nghìn tỷ độ F). Kết quả của đội được phát hành Trong thư nhận xét thể chất.

Các nhà vật lý đưa ra giả thuyết rằng trong những khoảnh khắc ban đầu của vũ trụ sau Vụ nổ lớn, vật chất là một plasma gồm các hạt quark và gluon hạ nguyên tử được nhồi vào nhau trong một nồi súp siêu nóng. (Chỉ khi plasma nguội đi vài micro giây sau Vụ nổ lớn thì các proton và neutron quen thuộc mới hình thành, mở đường cho các dạng vật chất có khối lượng lớn hơn.) Nhưng trước khi vật chất nguội đi, một số hạt quark và gluon này va chạm, tạo thành nhiều hạt bí ẩn hơn, các nhà vật lý gọi X là hạt.

Các hạt X ngày nay rất hiếm vì vũ trụ không quá đặc cũng không quá nóng, nhưng giống như Krishna Rajagopal, một nhà vật lý hạt tại MIT không liên quan đến nghiên cứu mới nhất, Anh ấy nói vào năm 2010: “Nếu bạn quan tâm đến các đặc tính của vũ trụ có tuổi micro giây, cách tốt nhất để nghiên cứu nó không phải là chế tạo một kính thiên văn, mà là chế tạo một máy gia tốc.”

Nhóm nghiên cứu đã có thể xác định 100 hạt X có khối lượng nhất định, được gọi là X (3872), tồn tại trong khoảng 1/6 phần triệu giây trước khi phân rã. X (3872) được tìm thấy lần đầu tiên năm 2003 qua hợp tác tốt đẹp Bằng cách tìm kiếm các va chạm, đó là khi các nhà nghiên cứu xác định một lượng khối lượng hoặc năng lượng bất ngờ trong hệ thống của họ.

Patrick Koppenburg, một nhà vật lý tại Viện Vật lý Hạ nguyên tử Quốc gia Hà Lan và là thành viên của nhóm LHCb tại CERN, cho biết: “X (3872) là một loài động vật kỳ lạ. “Tôi đã ở Belle khi nó được phát hiện, và tôi nhớ rằng chúng tôi đã nhìn chằm chằm vào vết sưng nhỏ mà không hiểu chuyện gì đang xảy ra.”

Năm ngoái, nhóm của Koppenberg tại LHCb đã phát hiện ra một loại tetraquark mới. Giống như X (3872), tetraquark đó có thời gian tồn tại thoáng qua – có lẽ chỉ hơn 1/5 phần triệu giây. Mặc dù các hạt kỳ lạ khác xuất hiện và biến mất trong LHC, X (3872) là hạt X đầu tiên được phát hiện trong plasma quark-gluon được tạo ra ở đó.

Nhóm thực hiện nghiên cứu mới này đã có thể mô phỏng các điều kiện của vũ trụ sơ khai bằng cách gia tốc 13 tỷ ion. Khi các hạt va chạm với nhau, chúng tạo ra hàng nghìn hạt mang điện có thời gian tồn tại ngắn. Yin Ji Lee, a Có thể có các hạt X khác trong dữ liệu gần đây, nhưng các nhà nghiên cứu không có cách tốt để đưa chúng ra khỏi tiếng ồn xung quanh, nhà vật lý MIT và đồng tác giả của nghiên cứu mới nói với Gizmodo.

Lee đã viết trong một email: “Sức mạnh hạng nặng đầu tiên trong ‘Run 3’ bắt đầu vào cuối năm nay và chúng tôi hy vọng sẽ thu thập thêm dữ liệu về các vụ va chạm lớn trong Run 3 và Run 4. Với tập dữ liệu lớn hơn nhiều, chúng tôi sẽ có thể Xác định mức độ để cải thiện sản xuất X trong súp quark và hiểu rõ hơn về cấu trúc bên trong của nó. “

Danh tính của X (3872) vẫn chưa được xác định. Nhóm nghiên cứu cho rằng hạt này có thể là một loại hạt mesonian liên kết lỏng lẻo (hai hạt hạ nguyên tử được gọi là Meson liên quan đến lực mạnh) hoặc tetraquark, một loại hadron được tạo thành từ bốn hạt quark xếp lại với nhau. Jing Wang, nhà vật lý tại MIT, người đứng đầu phân tích dữ liệu mới cho biết: “Cho đến nay, các hạt mesonian vẫn chưa được quan sát rõ ràng và X (3872) là một ứng cử viên sáng giá.Và Trong một email tới Gizmodo. “Nếu X (3872) hóa ra là một hạt mesonian, chúng tôi cho thấy rằng trong vũ trụ sơ khai, hẳn đã có nhiều loại hạt mesonian khác nhau ngoài các hạt hadron thông thường.”

““Càng xem xét nhiều dữ liệu, tôi càng tin rằng X là sự chồng chất của một phân tử và trạng thái của Charmonium,” Koppenberg nói. Mô tả một ý tưởng Như được chỉ ra bởi lớp phủ: “Tâm trí của chúng ta không thể đại diện cho những thứ này.… Không có cái gì gọi là cái này hay cái kia trong cơ học lượng tử. Nếu bạn không thể phân biệt giữa hai thứ, thì sự thật phải đồng thời.”

Có lẽ những lần chạy LHC sắp tới cuối cùng sẽ giải quyết được danh tính của X (3872). Tất nhiên, sau đó nó sẽ Nó có tên thật, và nó sẽ không còn được coi là hạt X nữa.

XEM THÊM: Các nhà vật lý CERN phát hiện ra một loạt các hạt ngoài hành tinh mới