Tấm gương vỡ: Vi phạm chẵn lẻ trong các phân tử cuối cùng cũng được đo đạc?

Các đối xứng có mặt ở khắp nơi, trong vũ trụ cũng như trong thế giới của các phân tử, hạt nhân và hạt cơ bản. Bốn lực cơ bản (điện từ, hấp dẫn, tương tác hạt nhân mạnh và yếu) cũng tuân theo một số đối xứng nhất định, có lẽ về mặt lý thuyết. Từ Big Bang đến ngày nay, sự tồn tại của các đối xứng đã bị phá vỡ  nhiều lần. Đối xứng và phá vỡ đối xứng được phản chiếu một cách cần thiết trong các quá trình và  trạng thái vật lý mà chúng ta có thể quan sát.

Một trong những đối xứng này là đối xứng gương (đối xứng với sự phản chiếu trong không gian) – nếu nó bị phá vỡ, các nhà nghiên cứu nói đó là vi phạm chẵn lẻ. Theo những hiểu biết hiện nay, tương tác yếu là lực duy nhất trong số bốn lực cơ bản không có xuất hiện đối xứng gương - chỉ trong các quá trình chịu sự tương tác này mới xảy ra những vi phạm chẵn lẻ. “Kể từ khi tương tác yếu hầu như không đóng vai trò trong trải nghiệm hàng ngày của chúng ta – trong khi lực hấp dẫn và điện từ đóng vai trò nổi trội tại đây – hiện tượng vi phạm chẵn lẻ mâu thuẫn với ý tưởng thông thường của chúng ta và do đó khó để hiểu được”, TS. John Blanchard, tác giả chính của nghiên cứu, nói. “Vi phạm chẵn lẻ trong tương tác yếu do đó chỉ có thể dự đoán về lý thuyết trong những năm 1950 và được khám phá ngay sau đó trong các phân rã hạt nhân và hạt cơ bản. Các quá trình vi phạm – chẵn lẻ chưa từng dò được trong các phân tử, dẫu cho các tính toán về lý thuyết dự đoán là chúng phải có mặt ở đó. Bằng chứng xác thực như thế về những hiệu ứng vô cùng tinh tế là ‘Chén thánh’ cho vật lý đo lường chính xác”.

Rất nhiều nỗ lực đã được thực hiện để quan sát về mặt thực nghiệm các hiện tượng của vi phạm chẵn lẻ trong các phân tử. Một ví dụ là tương tác của các spin của những hạt nhân nguyên tử khác nhau trong một phân tử. Lần lượt, chúng có thể được dò trong nguyên lý và phân tích bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). Do nhóm nghiên cứu đã phát triển một cách tiếp cận hứa hẹn về các phân tử chiral trong một nghiên cứu trước đó (doi.org/10.1103/PhysRevA.96.042119), trong công trình này họ tập trung vào đơn giản hóa các phân tử chứa một vài ít nguyên tử. Đầu tiên, họ xác định một biến đo lường NMR cụ thể (một kết nối spin-spin riêng) trên nền tảng của vi phạm chẵn lẻ đã được chứng tỏ và thực hiện những phân tích về lý thuyết để tính toán hiệu ứng mong đợi bên trong phân tử. Các tính toán đã được thực hiện với hợp tác của đồng tác giả nghiên cứu, giáo sư Mikhail G. Kozlov của Viện Vật lý hạt nhân St. Petersburg, Nga, mà nhóm nghiên cứu ở Mainz đã từng hợp tác thành công trong nhiều năm qua.

Trên cơ sở đó, các nhà khoa học đề xuất hiện thí nghiệm đặc biệt có thể đủ nhạy để dò được các tín hiệu đã được tính toán: “Phương pháp NMR ZULF (không đến trường siêu thấp) là một kỹ thuật lạ mà chún tôi mới sử dụng cho nghiên cứu vật chất tối một cách thành công”, giáo sư Dmitry Budker, cũng là một tác giả của nghiên cứu, nói. “Nó đề xuất một hệ trong đó các spin hạt nhân tương tác với nhau nhiều hơn trong một ngoại từ trường. Theo cách này, nó tăng cường khả năng đo đạc trực tiếp các nối ghép spin-spin phản đối xứng, vốn bị loại trong các thí nghiệm NMR trường cao truyền thống”.

“Các kết quả của chúng tôi chứng tỏ một cách đẹp đẽ để định lượng nghiên cứu tương tác yếu trong phân tử và hạt nhân nguyên tử”, TS. Blanchard kết luận. “Các kết quả trong nghiên cứu của chúng tôi còn rất hứa hẹn – chúng tôi hi vọng sớm xác định bằng thực nghiệm sự không bảo toàn chẵn lẻ trong phân tử”.

Tô Vân dịch

Nguồn: https://phys.org/news/2020-06-broken-mirror-parity-violation-molecules.html