Vật lý gia Hoa Kỳ Xác nhận Liên kết Hiếm giữa Dao động Chân không và Hình thành Vật chất

Các nhà vật lý tại Hoa Kỳ đã công bố một khám phá quan trọng, thiết lập mối liên hệ trực tiếp và hiếm hoi giữa trạng thái chân không lượng tử và sự tạo thành vật chất thực sự, có thể phát hiện được. Công trình này được đăng tải trên tạp chí khoa học Nature vào đầu tháng Hai năm 2026, thực hiện bởi nhóm hợp tác STAR tại Máy gia tốc Ion Nặng Tương đối tính (RHIC), một cơ sở nghiên cứu thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đặt tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven (BNL).

Nghiên cứu tập trung vào phân tích hàng triệu vụ va chạm proton-proton, đặc biệt xem xét các cặp hạt lambda hyperon và phản hạt tương ứng của chúng, phản-lambda. Các nhà nghiên cứu quan sát thấy rằng khi các cặp hạt này được tạo ra rất gần nhau trong một vụ va chạm, hướng tự quay (spin) của chúng thể hiện sự sắp xếp song song hoàn hảo, một dấu hiệu lượng tử quan trọng. Tiến sĩ Zhoudunming (Kong) Tu, đồng trưởng nhóm nghiên cứu và là nhà vật lý STAR tại Brookhaven, nhận định vào tháng Hai năm 2026 rằng công trình cung cấp một cái nhìn độc đáo về chân không lượng tử, có khả năng mở ra kỷ nguyên mới trong việc lý giải sự hình thành vật chất khả kiến.

Phát hiện này được coi là bằng chứng thực nghiệm trực tiếp đầu tiên cho thấy các quark lạ có nguồn gốc từ một cặp hạt-phản hạt duy nhất, không thể tách rời, sinh ra từ chân không. Chân không lượng tử được mô tả là không gian đầy rẫy các trường năng lượng dao động, liên tục tạo ra các cặp hạt-phản hạt ảo vướng víu lượng tử trong thời gian ngắn. Các vụ va chạm năng lượng cao tại RHIC cung cấp đủ năng lượng để chuyển hóa một số cặp quark lạ/phản-quark lạ ảo này thành các hạt thực thể mà máy dò STAR có thể ghi nhận. Việc phát hiện sự sắp xếp spin song song trong các cặp lambda-phản-lambda cho thấy chúng đã kế thừa sự sắp xếp lượng tử này từ nguồn gốc của mình.

Tiến sĩ Jan Vanek, nhà vật lý tại Đại học New Hampshire và là đồng trưởng nhóm, giải thích rằng hiện tượng này tương tự như "những người anh em sinh đôi lượng tử" giữ nguyên sự liên kết spin của các quark lạ mẹ khi chúng được tạo ra gần nhau. Sự liên kết spin này biến mất khi các hạt được tạo ra ở khoảng cách xa hơn, ám chỉ sự tách biệt cho phép ảnh hưởng của môi trường bên ngoài làm mất đi sự vướng víu lượng tử. Kỹ thuật tiên tiến này mở ra phương pháp mới để điều tra sự chuyển đổi từ hành vi lượng tử tương quan sang vật lý cổ điển.

Các nhà nghiên cứu dự định sẽ mở rộng kỹ thuật này sang các vụ va chạm ion nặng và sử dụng nó tại cơ sở Máy gia tốc Electron-Ion (EIC) trong tương lai, một dự án được xây dựng trên cơ sở hạ tầng của RHIC. RHIC, cơ sở vật lý hạt của DOE hoạt động từ mùa hè năm 2000, đã kết thúc thu thập dữ liệu vào ngày 6 tháng Hai năm 2026, với các va chạm cuối cùng là các chùm ion oxy. Máy dò STAR, chuyên theo dõi các hạt tạo ra từ các vụ va chạm ion, ban đầu được thiết kế để tìm kiếm dấu hiệu của plasma quark-gluon. Phát hiện mới này củng cố sự hiểu biết về cách không gian "trống rỗng" đóng góp vào việc hình thành vật chất cấu tạo nên thế giới. Sự hợp tác STAR bao gồm hàng trăm nhà khoa học và kỹ sư từ 55 tổ chức tại 12 quốc gia.