Vì sao phải phóng máy từ phổ α vào vũ trụ?

Máy từ phổ α do Đinh Khải Trung, nhà vật lý nổi tiếng gốc Hoa mang quốc tịch Mỹ và từng đoạt Giải thưởng Nobel Vật lý, khởi xướng. Gần 200 nhà vật lý, kỹ sư và kỹ thuật viên đến từ hơn 10 nước và khu vực như Mỹ, Trung Quốc, Nga, Đức, Ý, Pháp... đã tham gia chế tạo thiết bị này. Ngày 3 tháng 6 năm 1998, nó được tàu vũ trụ “Phát hiện” đưa lên không trung, mở đầu cho hành trình của loài người trong việc thám hiểm “phản vật chất” và “vật chất tối” trong vũ trụ.

Dựa trên nhiều kết quả quan trắc thiên văn và thí nghiệm vật lý thiên thể, các nhà thiên văn đã nêu ra thuyết vũ trụ bùng nổ, cho rằng vũ trụ bắt nguồn từ một vụ nổ lớn cách đây khoảng 15 tỉ năm. Sau vụ bùng nổ ấy, vũ trụ không ngừng giãn nở và dần hình thành thế giới vật chất hiện nay, trong đó có cả Trái Đất nơi chúng ta đang sống. Như ta đã biết, mọi vật chất đều do nguyên tử tạo thành. Ở trung tâm nguyên tử là hạt nhân, gồm proton và nơtron, mang điện dương; xung quanh hạt nhân là các điện tử mang điện âm, chuyển động với tốc độ rất lớn. Tuy nhiên, theo vật lý lý thuyết về hạt, cùng lúc tạo ra một lượng vật chất lớn, vụ nổ lớn cũng sản sinh một lượng “phản vật chất” tương đương. Hạt nhân nguyên tử của “phản vật chất” gồm “phản proton” và “phản nơtron”, mang điện âm; quay quanh hạt nhân ấy là các “điện tử dương” positron mang điện dương. Năm 1932, sự tồn tại của “điện tử dương” đã được chứng minh bằng thực nghiệm. Đến năm 1997, Trung tâm Hạt nhân châu Âu dùng nguyên tử xenon bắn vào “phản proton” và tạo ra nguyên tử phản hydro.

Khi vật chất và “phản vật chất” va chạm với nhau, chúng sẽ phát ra ánh sáng cực mạnh, giải phóng nguồn năng lượng rất lớn, đồng thời cả vật chất lẫn “phản vật chất” đều bị tiêu biến, hay còn gọi là sự hủy. Năng lượng do quá trình “tiêu đi” này tạo ra lớn hơn nhiều lần so với năng lượng sinh ra từ sự phân rã hạt nhân nguyên tử hoặc phản ứng dây chuyền hạt nhân mà con người đã biết.

Vì thế, việc tìm kiếm “phản proton” không chỉ giúp con người hiểu thêm về nguồn gốc vũ trụ mà còn có thể mở ra một nguồn năng lượng mới cho nhân loại. Ý nghĩa của nó không hề kém so với sự kiện con người phát hiện ra năng lượng nguyên tử trước đây.

Trong vũ trụ còn tồn tại “vật chất tối”, loại vật chất không phát quang, không phản xạ ánh sáng nhưng lại có lực hấp dẫn rất mạnh. “Vật chất tối” không thể được quan sát trực tiếp bằng các phương pháp quang học trong thiên văn học, song các nhà khoa học tin rằng nó chiếm tới 90% tổng khối lượng vật chất trong vũ trụ. “Vật chất tối” rốt cuộc là gì, tồn tại dưới hình thức nào, vẫn là một mục tiêu lớn mà các nhà khoa học đang nỗ lực tìm kiếm.

Nhiệm vụ của máy từ phổ α là truy tìm “phản vật chất” và “vật chất tối” trong vũ trụ. Bộ phận chủ yếu của thiết bị thăm dò này do Trung Quốc chế tạo. Dự kiến đến năm 2002, máy từ phổ α sẽ được tàu vũ trụ đưa lên lắp đặt tại Trạm Vũ trụ Quốc tế, từ đó tiếp tục tìm kiếm “phản vật chất” và “vật chất tối” giữa không gian bao la.