Thí nghiệm ALPHA tại CERN Tăng Tốc Sản Xuất Phản Vật Chất Gấp Tám Lần

Vào tháng 11 năm 2025, các cộng tác viên của thí nghiệm ALPHA tại Nhà máy Phản Vật Chất của CERN đã công bố một bước tiến kỹ thuật quan trọng, nhân tỷ lệ sản xuất các nguyên tử phản hydro lên gấp tám lần so với trước đây. Thành tựu này đạt được nhờ việc triển khai một kỹ thuật làm mát positron tiên phong, một thành phần thiết yếu trong quá trình tổng hợp phản vật chất.

Kỹ thuật mới này cho phép các nhà khoa học tạo ra hơn 15.000 nguyên tử phản hydro chỉ trong vòng vài giờ, một khối lượng mà trước đây phải mất hàng tuần mới thu thập được. Sự gia tăng hiệu suất này được mô tả là một bước nhảy vọt về công nghệ, chuyển đổi nghiên cứu phản vật chất từ một sự kiện hiếm hoi thành một quy trình có hệ thống hơn. Cơ chế cốt lõi của sự cải tiến nằm ở việc chuẩn bị các positron, phản hạt của electron, trước khi chúng kết hợp với phản proton để tạo thành phản hydro.

Ban đầu, các positron được thu thập từ nguồn natri phóng xạ và giam giữ trong bẫy Penning bằng các trường điện từ. Mặc dù các positron tự mất năng lượng khi quay trong bẫy, nhưng điều này không đủ để đạt được sự hợp nhất hiệu quả với các phản proton. Để giải quyết nút thắt cổ chai này, nhóm ALPHA đã áp dụng phương pháp làm mát cộng hưởng, bằng cách đưa vào bẫy một đám mây các ion beryllium được làm lạnh bằng laser. Sự tương tác này đã giúp đám mây positron mất năng lượng, hạ nhiệt độ xuống khoảng -266 °C, lạnh hơn đáng kể so với ngưỡng trước đây là khoảng 15 Kelvin.

Niels Madsen, phó phát ngôn viên của ALPHA và người đứng đầu dự án làm mát positron, nhận định sự chuyển đổi về khả năng đáp ứng này là một sự thay đổi mô hình trong khoa học tiên phong. Madsen lưu ý rằng với kỹ thuật mới, họ có thể tích lũy phản hydro chỉ sau một đêm và đo một vạch quang phổ vào ngày hôm sau. Jeffrey Hangst, phát ngôn viên của ALPHA và nhà vật lý tại Đại học Aarhus, kết luận rằng những con số sản xuất này sẽ được coi là khoa học viễn tưởng cách đây một thập kỷ. Trong các đợt chạy thí nghiệm năm 2023–2024, thí nghiệm ALPHA đã sản xuất được hơn 2 triệu nguyên tử phản hydro nhờ áp dụng phương pháp này.

Ý nghĩa của sự phát triển này nằm ở việc thúc đẩy các mục tiêu nghiên cứu vật lý cơ bản, đặc biệt là việc kiểm tra xem vật chất tối có hoạt động giống hệt vật chất thông thường dưới tác dụng của lực hấp dẫn hay không. Số lượng lớn hơn các nguyên tử phản hydro hiện có cung cấp nhiên liệu trực tiếp cho thí nghiệm ALPHA-g, nhằm mục đích kiểm tra chính xác hơn tác động của trọng lực lên phản vật chất, lĩnh vực mà thí nghiệm trước đây đã báo cáo phép đo trực tiếp đầu tiên vào năm 2023. Khả năng chuẩn bị mẫu vật dụng được qua đêm sẽ tăng tốc đáng kể tốc độ của các thí nghiệm quang phổ có độ chính xác cao, cho phép thăm dò sâu hơn vào các đặc tính và hành vi của phản vật chất nguyên tử.

Sự hợp tác ALPHA, bao gồm các nhà nghiên cứu từ nhiều tổ chức toàn cầu như Đại học Simon Fraser và Đại học Swansea, đang tận dụng nguồn cung cấp này để thực hiện các phép đo có độ chính xác cao hơn. Thí nghiệm ALPHA, còn được gọi là AD-5, hoạt động trong Máy Giảm Tốc Phản Proton của CERN, với mục tiêu cuối cùng là kiểm tra tính đối xứng CPT bằng cách so sánh quang phổ của hydro và phản hydro. Việc làm lạnh positron bằng ion beryllium là một bước tiến mới, tạo ra bước nhảy vọt về số lượng, biến việc nghiên cứu phản vật chất thành một quá trình có thể lặp lại và có hệ thống hơn.