Thí nghiệm ALPHA tại CERN Tăng Tốc Sản Xuất Phản Hydro Gấp Tám Lần Nhờ Kỹ Thuật Làm Lạnh Positron

Các nhà khoa học vận hành thí nghiệm ALPHA tại Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN) ở Thụy Sĩ đã công bố một bước tiến công nghệ quan trọng vào ngày 18 tháng 11 năm 2025, liên quan đến việc tổng hợp phản vật chất. Đột phá này tập trung vào một phương pháp làm lạnh positron mới, trực tiếp dẫn đến việc tăng tốc độ sản xuất các nguyên tử phản hydro lên gấp tám lần trong Nhà máy Phản Hydro của cơ sở.

Nhóm nghiên cứu đã triển khai thành công kỹ thuật làm lạnh tương hỗ, sử dụng một đám mây ion beryllium được làm lạnh bằng laser kiểm soát chính xác để giảm thiểu năng lượng động học của các positron, một bước tiền đề quan trọng để hình thành phản hydro. Kỹ thuật tiên phong này đã giải quyết một nút thắt cổ chai cơ bản trong quá trình tổng hợp phản vật chất, cho phép cộng tác viên ALPHA báo cáo khả năng tổng hợp hơn 15.000 nguyên tử phản hydro chỉ trong vòng vài giờ. Theo người phát ngôn Jeffrey Hangst, những con số sản xuất này từng được coi là khoa học viễn tưởng chỉ một thập kỷ trước. Sự gia tăng hiệu suất sản xuất gấp tám lần này là nhờ cách chuẩn bị các positron, vốn được thu thập từ một dạng natri phóng xạ và chứa trong bẫy Penning.

Phương pháp làm lạnh mới, được dẫn đầu bởi Niels Madsen, phó phát ngôn viên của ALPHA, đã giảm nhiệt độ đám mây positron xuống dưới 10 Kelvin, một sự cải thiện đáng kể so với ngưỡng khoảng 15 Kelvin trước đó. Việc áp dụng làm lạnh tương hỗ, cụ thể là sự tương tác giữa các positron và plasma ion beryllium được kiểm soát chặt chẽ, đại diện cho một giải pháp kỹ thuật sáng tạo cho rào cản cơ bản trong tổng hợp phản vật chất. Sự tinh chỉnh công nghệ này củng cố vị thế của CERN như một trung tâm hàng đầu cho nghiên cứu phản vật chất, cho phép các phép đo quang phổ chính xác hơn về phổ phản hydro.

Thành tựu kỹ thuật này rút ngắn đáng kể thời gian cần thiết để tích lũy đủ dữ liệu, giảm thiểu sự tích tụ các lỗi hệ thống vốn có trong các phép đo kéo dài. Phó phát ngôn viên Madsen nhấn mạnh rằng kỹ thuật mới này cho phép nhóm tích lũy phản hydro qua đêm và đo vạch quang phổ vào ngày hôm sau. Động lực khoa học cốt lõi đằng sau công việc này là câu đố vũ trụ học lâu đời: sự bất đối xứng rõ rệt giữa vật chất và phản vật chất được quan sát xuyên suốt Vũ trụ. Thí nghiệm ALPHA được thiết kế để bẫy và nghiên cứu tỉ mỉ các nguyên tử phản hydro, cho phép so sánh trực tiếp, có độ chính xác cao với các đối tác vật chất của chúng.

Việc có thể nhanh chóng tạo ra và nghiên cứu các nguyên tử này sẽ đẩy nhanh tiến độ kiểm tra các đối xứng cơ bản, chẳng hạn như đối xứng CPT, có thể mang lại những hiểu biết quan trọng về những khoảnh khắc sơ khai của vũ trụ và các cơ chế dẫn đến sự thống trị của vật chất. Sự phát triển này đánh dấu một bước leo thang công nghệ đáng kể trong lĩnh vực vật lý hạt, chuyển đổi việc nghiên cứu phản vật chất từ một kỷ nguyên khan hiếm cực độ sang một kỷ nguyên tương đối phong phú cho các mục đích phòng thí nghiệm.