Phản vật chất là gì?

Trong vật lý lượng tử, phản vật chất là khái niệm mở rộng của phản hạt, mà ở đó phản vật chất được tạo thành từ liên kết phản hạt theo cách y hệt như hạt liên kết với nhau tạo thành vật chất.

Trong đó phản hạt-antiparticle là những hạt có cùng khối lượng nhưng khác dấu với các hạt cơ bản mà ta đã biết. Ví dụ, phản electron còn gọi là positron có cùng khối lượng với electron nhưng mang điện dương.

Hình ảnh buồng mây của positron lần đầu tiên phát hiện năm 1932.

Một phản electron và phản proton có thể kết hợp với nhau để tạo thành phân tử phản hydro theo cách giống hệt một electron và proton tạo thành hydro thông thường. Vì vậy, việc tạo phản vật chất và vật chất gặp nhau sẽ tiêu hủy lẫn nhau giống như hạt và phản hạt, kết quả phóng ra các photon mang năng lượng lớn (các tia gamma) hoặc các cặp vật chất-phản vật chất khác.

Có rất nhiều lời suy đoán rất đáng chú ý về vì sao vật chất lại là thành phần chủ yếu tạo nên vũ trụ của chúng ta hay phản vật chất tập trung chủ yếu ở đâu và cách khai thác chúng, nhưng hiện tại thì sự chênh lệch về số lượng của vật chất và phản vật chất trong vũ trụ mà chúng ta quan sát được vẫn là vấn đề chưa được giải quyết của vật lý.

Ký hiệu: phản vật chất có ký hiệu giống vật chất nhưng có dấu "-" trên đầu. Ví dụ proton và phản pronton có ký hiệu lần lượt là p và p̅. Một cách viết khác là dựa theo sự trái dấu của điện tích. Ví dụ electron và positron sẽ được ký hiệu là e+ và e- .

Hình vẽ mô tả điện tích của hạt (trái) và của phản hạt (phải). Từ trên xuống là các cặp hạt và phản hạt: Electron/positron, proton/antiproton, neutron/antineutron.

Hiện nay, con người đã tạo ra được phản vật chất như phản hydro và phản heli và có giá thành rất đắt. Một miligam phản vật chất có giá khoảng 300 tỷ USD, lý do cho giá thành cao như vậy là vì việc tạo ra phản vật chất cực kỳ khó khăn và nhu cầu về phản vật chất rất lớn trong các ngành y học, năng lượng và phục vụ nghiên cứu vật lý.

Trịnh Khắc Duy - DAC