Phương trình tương đương khối lượng - năng lượng đã Albert Einstein đưa ra vào năm 1905, nhưng mãi đến năm 2021, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven, New York, Mỹ mới thành công trong việc chứng minh giả thuyết của nhà vật lý vĩ đại. Một cách dễ hiểu, với phương trình E=mc^2, nếu chúng ta để hai hạt photon đủ năng lượng va vào nhau, chúng ta sẽ có thể tạo ra vật chất dưới dạng một electron và phản vật chất, hạt position.
Quy trình tạo ra vật chất và phản vật chất từ ánh sáng kể trên, lần đầu tiên được mô tả bởi hai nhà vật lý Mỹ Gregory Breit và John Wheeler vào năm 1934, là một quá trình vô cùng phức tạp. Lý do đơn giản là để hạt photon đủ năng lượng để khi va chạm tạo ra electron và position, chúng phải bắt nguồn từ tia gamma, và đến giờ con người vẫn chưa phát triển được đèn chiếu tia laser bước sóng gamma. Những giải pháp khác được thử nghiệm thì đã chứng minh được rằng có thể tạo ra vật chất từ nhiều hạt photon, nhưng chưa bao giờ chứng minh được đầy đủ phương trình của Einstein.
Đó là lúc các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm Brookhaven đưa ra một giải pháp thay thế. Sử dụng cỗ máy RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider), họ đã có thể đo đạc những biến đổi rất sát với lý thuyết đã được đưa ra năm 1905, giả định điều gì sẽ xảy ra khi hai hạt photon giàu năng lượng va chạm với nhau. Zhangbu Xu, một khoa học gia tại Brookhaven, New York viết: “Trong nghiên cứu năm 1934, Breit và Wheeler đã nhận ra rằng tạo ra vật chất từ hạt photon là điều gần như bất khả thi. Thời đó laser còn chưa tồn tại. Nhưng Breit và Wheeler đã đưa ra một giải pháp thay thế, đó là tăng tốc những ion nặng. Đó chính xác là những gì chúng tôi đang thử nghiệm với máy RHIC.”
Thay vì tăng tốc hạt photon một cách trực tiếp, các nhà khoa học tăng tốc hai hạt ion, những nguyên tử bị tước mất electron, mang điện tích dương trong một đường hầm tăng tốc khổng lồ, trước khi để hai hạt ion này bay đến vị trí suýt xảy ra va chạm. Đó chỉ là xúc tác, vì các nhà khoa học muốn mượn tốc độ của hai hạt ion này tạo ra một trường điện từ với các hạt di chuyển với tốc độ tiệm cận tốc độ ánh sáng, với những hạt photon “ảo” bay cùng tốc độ di chuyển của hai ion kể trên.
Khái niệm hạt ảo là những hạt chỉ tồn tại trong khoảng thời gian rất ngắn, trong quá trình những hạt “thật” tạo ra nhiễu động. Chúng không có khối lượng như những hạt thật, nhưng trái ngược với lý thuyết, hạt photon ảo tạo ra trong quá trình hình thành trường điện tử từ hai hạt ion điện tích dương có khối lượng. Trong thử nghiệm của người Mỹ, khi hai ion suýt va chạm với nhau, thì hai đám mây photon ảo di chuyển cùng với chúng cũng di chuyển với tốc độ như thật. Hạt ảo nhưng có hoạt động giống hệt “đồ thật” sau đó va chạm với nhau, tạo ra một cặp electron - positron như Einstein đã dự đoán hơn trăm năm trước, và được các nhà nghiên cứu tại Brookhaven nhận diện thành công.
Để quá trình này không bị phủ nhận bởi khoa học, các nhà nghiên cứu phải đảm bảo những photon ảo hoạt động giống hệt như những hạt tạo ra chùm tia sáng trên lý thuyết. Để làm được điều này, họ đã phải nghiên cứu hơn 6000 cặp electron - position (vật chất - phản vật chất) tạo ra từ thí nghiệm với cỗ máy RHIC, cụ thể hơn là xác định góc của chúng. Trên lý thuyết, khi hai photon va chạm tạo ra electron và positron, góc của hai hạt mới phải khác nhau. Trong thí nghiệm ở Brookhaven, góc của electron và positron giống hệt như lý thuyết đặt ra. Điều đó dẫn tới việc người Mỹ tuyên bố họ đã thành công trong việc thử nghiệm giải pháp chứng minh E=mc^2 mà hai nhà khoa học Breit và Wheeler đưa ra vào năm 1934.
Theo Live Science
Quy trình tạo ra vật chất và phản vật chất từ ánh sáng kể trên, lần đầu tiên được mô tả bởi hai nhà vật lý Mỹ Gregory Breit và John Wheeler vào năm 1934, là một quá trình vô cùng phức tạp. Lý do đơn giản là để hạt photon đủ năng lượng để khi va chạm tạo ra electron và position, chúng phải bắt nguồn từ tia gamma, và đến giờ con người vẫn chưa phát triển được đèn chiếu tia laser bước sóng gamma. Những giải pháp khác được thử nghiệm thì đã chứng minh được rằng có thể tạo ra vật chất từ nhiều hạt photon, nhưng chưa bao giờ chứng minh được đầy đủ phương trình của Einstein.
Đó là lúc các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm Brookhaven đưa ra một giải pháp thay thế. Sử dụng cỗ máy RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider), họ đã có thể đo đạc những biến đổi rất sát với lý thuyết đã được đưa ra năm 1905, giả định điều gì sẽ xảy ra khi hai hạt photon giàu năng lượng va chạm với nhau. Zhangbu Xu, một khoa học gia tại Brookhaven, New York viết: “Trong nghiên cứu năm 1934, Breit và Wheeler đã nhận ra rằng tạo ra vật chất từ hạt photon là điều gần như bất khả thi. Thời đó laser còn chưa tồn tại. Nhưng Breit và Wheeler đã đưa ra một giải pháp thay thế, đó là tăng tốc những ion nặng. Đó chính xác là những gì chúng tôi đang thử nghiệm với máy RHIC.”
Thay vì tăng tốc hạt photon một cách trực tiếp, các nhà khoa học tăng tốc hai hạt ion, những nguyên tử bị tước mất electron, mang điện tích dương trong một đường hầm tăng tốc khổng lồ, trước khi để hai hạt ion này bay đến vị trí suýt xảy ra va chạm. Đó chỉ là xúc tác, vì các nhà khoa học muốn mượn tốc độ của hai hạt ion này tạo ra một trường điện từ với các hạt di chuyển với tốc độ tiệm cận tốc độ ánh sáng, với những hạt photon “ảo” bay cùng tốc độ di chuyển của hai ion kể trên.
Khái niệm hạt ảo là những hạt chỉ tồn tại trong khoảng thời gian rất ngắn, trong quá trình những hạt “thật” tạo ra nhiễu động. Chúng không có khối lượng như những hạt thật, nhưng trái ngược với lý thuyết, hạt photon ảo tạo ra trong quá trình hình thành trường điện tử từ hai hạt ion điện tích dương có khối lượng. Trong thử nghiệm của người Mỹ, khi hai ion suýt va chạm với nhau, thì hai đám mây photon ảo di chuyển cùng với chúng cũng di chuyển với tốc độ như thật. Hạt ảo nhưng có hoạt động giống hệt “đồ thật” sau đó va chạm với nhau, tạo ra một cặp electron - positron như Einstein đã dự đoán hơn trăm năm trước, và được các nhà nghiên cứu tại Brookhaven nhận diện thành công.
Để quá trình này không bị phủ nhận bởi khoa học, các nhà nghiên cứu phải đảm bảo những photon ảo hoạt động giống hệt như những hạt tạo ra chùm tia sáng trên lý thuyết. Để làm được điều này, họ đã phải nghiên cứu hơn 6000 cặp electron - position (vật chất - phản vật chất) tạo ra từ thí nghiệm với cỗ máy RHIC, cụ thể hơn là xác định góc của chúng. Trên lý thuyết, khi hai photon va chạm tạo ra electron và positron, góc của hai hạt mới phải khác nhau. Trong thí nghiệm ở Brookhaven, góc của electron và positron giống hệt như lý thuyết đặt ra. Điều đó dẫn tới việc người Mỹ tuyên bố họ đã thành công trong việc thử nghiệm giải pháp chứng minh E=mc^2 mà hai nhà khoa học Breit và Wheeler đưa ra vào năm 1934.
Theo Live Science