Thí nghiệm ALICE tại CERN làm sáng tỏ cơ chế hình thành Deuteron

Các nhà khoa học hợp tác trong thí nghiệm ALICE tại Máy gia tốc Hạt Lớn (LHC) của CERN đã đạt được một bước đột phá quan trọng, giải quyết bí ẩn kéo dài hàng thập kỷ về cơ chế hình thành các hạt nhân nguyên tử nhẹ, cụ thể là deuteron và antideuteron, trong điều kiện nhiệt độ va chạm cực đoan.

Khám phá này, do các nhà nghiên cứu từ Đại học Kỹ thuật Munich (TUM) dẫn đầu, cung cấp lời giải thích dứt khoát về sự tồn tại của các hạt nhân này, củng cố sự hiểu biết về tương tác mạnh, lực liên kết các proton và neutron. Phát hiện cốt lõi cho thấy các thành phần cơ bản này không tồn tại ngay từ giai đoạn va chạm ban đầu, vốn là giai đoạn nóng nhất và dày đặc nhất. Thay vào đó, chúng được giải phóng từ sự phân rã của các trạng thái hạt năng lượng cao, tồn tại cực ngắn, được gọi là các cộng hưởng, chẳng hạn như cộng hưởng $\Delta(1232)$.

Sau khi các hạt này được tạo ra, chúng kết hợp với nhau thông qua quá trình hợp hạch hạt nhân ở trạng thái cuối khi hệ thống va chạm dần nguội đi. Các phép đo chi tiết từ máy dò ALICE đã chứng minh rằng xấp xỉ 90 phần trăm số (anti)deuteron được quan sát thấy là kết quả của con đường phân rã cộng hưởng này, xác nhận rằng chúng hình thành khi các điều kiện trở nên "mát mẻ và yên tĩnh hơn" một chút. Công trình mang tính nền tảng này đã được công bố chính thức trên tạp chí khoa học hàng đầu Nature vào Tháng 12 năm 2025.

Sự công nhận đối với nhóm nghiên cứu rất đáng chú ý: Giáo sư Laura Fabbietti của TUM, người đã khẳng định các phép đo xác nhận sự hình thành hạt nhân nhẹ xảy ra muộn hơn trong quá trình va chạm, cùng với Giáo sư Lukas Heinrich, đã được vinh danh vào Tháng 4 năm 2025 với Giải thưởng Breakthrough Prize in Fundamental Physics năm 2025 cho công trình hợp tác của họ tại LHC. Thêm vào đó, bối cảnh nghiên cứu của họ được củng cố bởi việc phê duyệt giai đoạn tài trợ thứ hai cho ORIGINS Cluster of Excellence vào Tháng 5 năm 2025, một sáng kiến liên ngành do TUM và Đại học Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) đồng đề xuất.

Tiến sĩ Maximilian Mahlein, một nhà nghiên cứu tại ghế giáo sư của Fabbietti, nhấn mạnh ý nghĩa rộng lớn hơn của phát hiện này, vượt ra ngoài phạm vi nghiên cứu cơ bản. Việc hiểu rõ cơ chế sản xuất các hạt nhân nhẹ này có tác động trực tiếp đến vật lý thiên văn, đặc biệt là trong việc giải thích các dữ liệu tia vũ trụ và có khả năng cung cấp manh mối mới về bản chất của vật chất tối. Thí nghiệm ALICE tại CERN được thiết kế để nghiên cứu tương tác mạnh bằng cách theo dõi các hạt được tạo ra trong các sự kiện va chạm dữ dội của proton tại LHC, nơi nhiệt độ tạm thời tăng vọt hơn 100.000 lần so với trung tâm Mặt Trời.