16 câu chuyện định hình vật lý và thiên văn học năm 2024

Đã có rất nhiều kỳ vọng và không ít những điều phi lý, nhưng cũng có một số tiến bộ cực kỳ lớn. Dưới đây là những điểm nổi bật mà bạn có thể đã bỏ lỡ.

Một năm mà các câu chuyện khoa học dường như bị chi phối bởi các vụ phóng tên lửa, những kỳ vọng xung quanh trí tuệ nhân tạo và máy tính lượng tử, cũng như cách sự can thiệp chính trị đe dọa đến chính công cuộc khoa học, có thể khiến nhiều người nghĩ rằng khoa học cơ bản đang trì trệ.

Nhưng điều đó hoàn toàn không đúng; nhận định này chỉ cho thấy có rất ít tin tức thực sự được đưa ra để nhấn mạnh những tiến bộ trong khoa học, vì trên thực tế khoa học vẫn tiến bộ đều đặn trong suốt cả năm qua. Trên cả ba mặt trận lý thuyết, thực nghiệm, và quan sát, các nhà khoa học đã có nhiều bước tiến lớn trong việc hiểu rõ hơn về thực tại chung của chúng ta trong suốt năm 2024.

Việc thu hẹp danh sách các thành tựu trong một năm luôn là thách thức, nhưng danh sách 16 câu chuyện sau đây trong lĩnh vực vật lý và thiên văn học tập trung vào những điều chúng ta đã học được hoặc đạt được mà đầu năm còn chưa rõ ràng, chưa chắc chắn, hoặc hiểu biết còn hạn chế.

Không để bạn chờ lâu hơn nữa, dưới đây là 16 câu chuyện hàng đầu định hình vật lý và thiên văn học năm 2024, bao gồm cả những điều có thể khiến bạn ngạc nhiên, và thậm chí còn bất ngờ với chính các nhà nghiên cứu đã khám phá ra chúng.

Hình ảnh này tiết lộ khoảng 20% khu vực khảo sát JADES đầy đủ: khoảng 25 cung phút vuông trên bầu trời. Sẽ cần tới gần 6 triệu khung kích thước này để lấp đầy toàn bộ bầu trời. Đáng kinh ngạc, đã có tới 45.000 thiên hà được biết đến trong khu vực không gian nhỏ bé này, minh chứng cho sự bao la và kỳ diệu của vũ trụ. Tuy nhiên, những thiên hà sáng nhất, xa nhất và lớn nhất được tìm thấy trong các khảo sát như thế này không thể giải thích được phần lớn các photon cực tím ion hóa cần thiết để làm cho vũ trụ trở nên trong suốt với ánh sáng.

Các thiên hà nhỏ nhất, chứ không phải những thiên hà lớn nhất và sáng nhất, đã tái ion hóa vũ trụ

Chỉ 380.000 năm sau sự khởi đầu của Big Bang nóng (hot Big Bang), vũ trụ của chúng ta đã ổn định và hình thành các nguyên tử trung hòa. Hàng trăm triệu năm sau đó, ánh sáng từ các ngôi sao chiếu xuyên qua các vùng không gian sâu thẳm, di chuyển mà không bị cản trở cho đến khi gặp phải một vật thể khác. Và ở đâu đó, trong khoảng thời gian xen kẽ, các ngôi sao và thiên hà đầu tiên đã tái ion hóa những nguyên tử trung hòa đó, cho phép ánh sáng sao đi qua không gian mà không bị hấp thụ.

Liệu có phải chính những thiên hà lớn, sáng, và khổng lồ đã hình thành sớm trong lịch sử vũ trụ là nguyên nhân? Không phải; như được chứng minh bởi nhiều nhóm nghiên cứu sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST), những thiên hà lớn đó chỉ có thể chiếm tối đa 20% lượng ánh sáng cần thiết để tái ion hóa vũ trụ. Phần còn lại, hơn 80%, như các quan sát của JWST chỉ ra, phải đến từ những thiên hà lùn nhỏ bé nhưng cực kỳ phổ biến đã tồn tại từ rất sớm.

Đây là một bài học vũ trụ rằng sức mạnh của số đông thường mạnh hơn những ngoại lệ lớn nhất, sáng nhất và đồ sộ nhất.

Biểu đồ này mô tả sự phân rã của hệ J/ψ thành hạt keo (glueball) X(2370) và η’, bao gồm các biểu diễn quark và sự trao đổi gluon.

Hệ J/ψ có thể phân rã thành một photon và hai gluon, trong đó hai gluon này có thể kết hợp tạm thời để tạo thành một hạt lạ X(2370). Dù bản chất của nó vẫn chưa được xác định 100%, cách giải thích X(2370) như một hạt keo vẫn rất thuyết phục, và nếu đúng như vậy, đây sẽ là hạt keo đầu tiên từng được tiết lộ thông qua thực nghiệm.

Hạt keo đầu tiên – hoặc trạng thái liên kết của hadron không có quark hóa trị – đã được phát hiện

Khi nói về vật lý hạt thực nghiệm, hầu hết mọi người đều cho rằng Máy gia tốc hạt lớn (Large hadron collider – LHC) là nơi duy nhất diễn ra các thí nghiệm quan trọng.

Mặc dù đây chắc chắn là máy gia tốc mạnh nhất từng được xây dựng, vẫn còn rất nhiều vấn đề trong vật lý có thể được khám phá ở mức năng lượng thấp hơn nhưng chính xác hơn, tại các máy gia tốc electron – positron (thay vì hadron). Một loạt các hạt kỳ lạ, tồn tại ngắn ngủi, có thể được tạo ra và nghiên cứu với độ chính xác cao, cho phép chúng ta phát hiện và kiểm tra các tính chất của chúng.

Một hạt đặc biệt thú vị, X(2370), đã được chứng minh có các đặc điểm cho thấy nó không được cấu tạo từ quark, phản quark, hay cả hai, mà thay vào đó là một trạng thái liên kết thuần túy của gluon: hạt keo đầu tiên.

Dù được lý thuyết tương tác mạnh dự đoán từ trước nhưng chưa từng được quan sát, hạt này chắc chắn sẽ được nghiên cứu sâu hơn trong những năm tới. Nếu nó thực sự là trạng thái liên kết đầu tiên chỉ gồm gluon, điều này sẽ là bước tiến lớn trong việc hiểu cách lực tương tác mạnh hoạt động, đồng thời đặt ra một thách thức mới cho những nhà nghiên cứu lý thuyết, đặc biệt trong lĩnh vực Lattice QCD.

Khối lượng của W-boson, trái ngược với các phép đo trước đây của Fermilab, ủng hộ Mô Hình Chuẩn

Vào năm 2022, cộng tác CDF tại Fermilab đã công bố một tuyên bố đáng kinh ngạc khiến nhiều người bất ngờ.

Họ báo cáo rằng khối lượng của W-boson, với sai số/ độ bất định nhỏ nhất từng được ghi nhận, mâu thuẫn với các dự đoán của Mô hình chuẩn.

Khi kết hợp với các phép đo đã biết về khối lượng của quark top và hạt Higgs, giá trị này cho thấy có thể hoặc Mô Hình Chuẩn sai – ngụ ý có vật lý mới – hoặc phép đo và phân tích của họ gặp vấn đề, và dữ liệu từ LHC cuối cùng sẽ mâu thuẫn với kết quả của họ.

Tùy chọn thứ hai chính xác là điều đã xảy ra vào đầu năm 2024: cộng tác ATLAS công bố kết quả về khối lượng của W-boson, và nó không chỉ phù hợp với các dự đoán của Mô Hình Chuẩn mà còn bác bỏ và mâu thuẫn với kết quả của CDF.

Hai năm trước, dữ liệu dường như cho thấy kết quả của Fermilab phá vỡ lỗ hổng lớn trong Mô Hình Chuẩn. Nhưng vào năm nay, LHC đã chứng minh rằng lỗ hổng đó, rất có thể, là do một lỗi không xác định trong phân tích của cộng tác CDF, và rằng Mô Hình Chuẩn vẫn hoàn toàn phù hợp với dữ liệu từ máy gia tốc.

Các nhà vật lý hiện đang đặt câu hỏi về cái chết nhiệt của vũ trụ, vốn được thúc đẩy bởi năng lượng tối không đổi

Vào cuối những năm 1990, các nhà thiên văn đã thu thập bằng chứng chỉ ra một dạng năng lượng mới hiện diện trong vũ trụ: năng lượng tối.

Trong 25 năm tiếp theo, hầu hết mọi bằng chứng vũ trụ học đều hướng đến một bức tranh nơi:

– Năng lượng tối thực sự tồn tại,

– Nó chiếm dạng năng lượng chủ yếu trong vũ trụ hiện nay,

– Và nó đã được quan sát là phù hợp với dạng năng lượng tối đơn giản nhất có thể tưởng tượng, một hằng số vũ trụ học.

Theo những điều kiện này, năng lượng tối sẽ duy trì mật độ năng lượng không đổi mãi mãi, đẩy tất cả các cấu trúc không liên kết trong vũ trụ, chẳng hạn như các nhóm và cụm thiên hà riêng lẻ, bao gồm cả Nhóm Địa Phương của chúng ta, ngày càng xa nhau khi thời gian trôi qua. Điều này dẫn đến một vũ trụ lạnh, trống rỗng, cô độc: cái chết nhiệt.

Nhưng bằng chứng mới từ cộng tác DESI, với dữ liệu cấu trúc quy mô lớn chính xác nhất từng có, đã làm lung lay kết luận này.

Thay vì một năng lượng tối không đổi, họ đưa ra bằng chứng về một vũ trụ nơi năng lượng tối đang tiến hóa, và đặc biệt, nó đã suy yếu đáng kể trong vài tỷ năm gần đây của lịch sử vũ trụ.

Khi chúng ta hướng tới dữ liệu từ các đài quan sát Euclid của ESA, Vera Rubin của NSF, và Nancy Grace Roman của NASA, câu hỏi liệu năng lượng tối có thực sự không đổi hay tiến hóa theo thời gian sẽ có câu trả lời rõ ràng, và các nhà vũ trụ học trên toàn thế giới sẽ chăm chú theo dõi.

Thiên hà xa nhất từng được phát hiện, khi vũ trụ chỉ 2,1% tuổi đời hiện tại. Trong ngữ cảnh của trường JADES của JWST, thiên hà JADEs-GS-z14-0 không có gì nổi bật. Tuy nhiên, nó vừa phá vỡ kỷ lục khoảng cách vũ trụ, trở thành thiên hà đầu tiên từng được tìm thấy khi vũ trụ còn dưới 300 triệu năm tuổi: chỉ 2,1% so với tuổi hiện tại.

Từ vị trí của nó trong vũ trụ giãn nở, thiên hà này sẽ thấy tiền Ngân Hà của chúng ta như cách đây khoảng 13,52 tỷ năm: khi chúng ta chỉ bằng 2,1% so với tuổi hiện tại.

Thiên hà JWST JADES-GS-z14-0 được phát hiện, phá vỡ kỷ lục vũ trụ về vật thể xa nhất

Vào giữa năm 2022, ngay trước khi Kính Viễn Vọng Không Gian James Webb (JWST) chính thức bắt đầu các hoạt động khoa học, vật thể vũ trụ xa nhất từng được biết đến là GN-z11, được phát hiện bởi Kính Hubble.

Khi năm 2024 sắp kết thúc, thiên hà này thậm chí không còn nằm trong top 10 vật thể xa nhất, vì cả 10 vị trí hiện đều do các thiên hà được phát hiện hoặc được xác nhận bằng quang phổ bởi JWST nắm giữ.

Năm nay, một thiên hà mới đã vươn lên đứng đầu danh sách đó: thiên hà JADES-GS-z14-0, được phát hiện trong khuôn khổ hợp tác khảo sát JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey).

Thiên hà này có độ sáng và khối lượng cực kỳ lớn so với giai đoạn đầu của lịch sử vũ trụ, khi ánh sáng của nó đến từ thời điểm vũ trụ chỉ mới 285 – 290 triệu năm tuổi, tương đương 2,1% tuổi hiện tại.

Tuy nhiên, rất có khả năng kỷ lục này sẽ không được giữ lâu; có rất nhiều thiên hà ứng cử viên xuất hiện ở dịch chuyển đỏ/khoảng cách thậm chí lớn hơn, chỉ còn chờ xác nhận bằng quang phổ. Với 20 năm dữ liệu khoa học từ JWST trong tương lai, đây là một kỷ lục mà bạn có thể cá rằng sẽ bị phá vỡ nhiều lần trong những năm 2020 và 2030.

Mẫu vật đầu tiên từ phía xa của Mặt Trăng được mang về Trái Đất, hứa hẹn giải đáp bí ẩn về hai mặt của Mặt Trăng

Vào ngày 25 tháng 6 năm 2024, khoang tái nhập của tàu Change-6 đã trở về Trái Đất sau khi thu thập mẫu vật từ phía xa của Mặt Trăng – một sự kiện lần đầu tiên trong lịch sử nhân loại.

Bên trong khoang này là các mẫu vật từ phía xa của Mặt Trăng, hứa hẹn sẽ giúp các nhà khoa học trả lời các câu hỏi và kiểm tra các giả thuyết về sự hình thành của Mặt Trăng khoảng 4,5 tỷ năm trước.

Kể từ khi con người chụp được những hình ảnh đầu tiên về phía xa của Mặt Trăng trong giai đoạn đầu của cuộc chạy đua không gian, chúng ta đã thắc mắc tại sao mặt gần và mặt xa của Mặt Trăng lại trông rất khác nhau.

Mặt gần có rất nhiều biển tối chứa vật chất bazan: những dòng dung nham đã lấp đầy các hố khổng lồ, ngày nay được gọi là lunar maria.

Còn mặt xa? Nó có độ cao đáng kể hơn nhiều so với mặt gần, với chỉ một vài vùng maria nhỏ. Điều này dẫn đến một bí ẩn lớn về lý do tại sao hai mặt của Mặt Trăng lại khác biệt đến vậy.

Một giả thuyết hấp dẫn đang chuẩn bị được kiểm chứng, nhờ vào nhiệm vụ mang mẫu vật về của Change-6.

Trong khi các nhiệm vụ Apollo đã mang rất nhiều đá từ Mặt Trăng về Trái Đất, tất cả đều đến từ mặt gần của Mặt Trăng.

Giờ đây, với các mẫu vật của Change-6, chúng ta đã có các mẫu từ mặt xa của Mặt Trăng tại Trái Đất.

Mặc dù các mẫu vật vẫn đang chờ được phân tích kỹ lưỡng, rất có khả năng chúng ta đã có dữ liệu cần thiết để xác nhận hoặc bác bỏ giả thuyết về cách Mặt Trăng hình thành và lý do tại sao mặt gần và mặt xa lại trở nên khác biệt.

Hãy theo dõi diễn biến này!

Lỗ đen khối lượng trung gian được phát hiện: mắt xích bị thiếu trong vật lý lỗ đen

Trong vũ trụ, hai loại lỗ đen đã được chứng minh là khá phổ biến.

Thứ nhất, lỗ đen khối lượng sao, được biết là hình thành từ sự sụp đổ của các ngôi sao khổng lồ trong giai đoạn cuối của vòng đời.

Chúng có khối lượng từ vài lần khối lượng Mặt Trời đến khoảng vài trăm lần, và cũng có thể hình thành từ sự hợp nhất của các vật thể có khối lượng thấp hơn như sao neutron hoặc các lỗ đen khác.

Thứ hai, là các lỗ đen siêu lớn: những gã khổng lồ được tìm thấy ở trung tâm các thiên hà, với khối lượng từ hàng triệu đến hàng tỷ lần khối lượng Mặt Trời.

Vậy các lỗ đen ở giữa nằm ở đâu?

Các lỗ đen khối lượng trung gian, nằm giữa hai nhóm chính này, ở đâu?

Nhờ vào nghiên cứu mới theo dõi quỹ đạo lâu dài của các ngôi sao gần trung tâm cụm sao cầu Omega Centauri, chúng ta giờ đã biết về ít nhất một lỗ đen như vậy:

Một lỗ đen với khối lượng 8200 lần khối lượng Mặt Trời nằm ở lõi của một trong những cụm sao cầu lớn nhất Ngân Hà.

Lỗ đen khối lượng trung gian này đại diện cho bằng chứng không thể chối cãi đầu tiên về một quần thể vật thể như vậy, và là mắt xích bị thiếu đầu tiên giữa các lỗ đen khối lượng sao và các lỗ đen siêu lớn.

Mô phỏng mới cho thấy tốc độ va chạm cụm thiên hà thấp hơn nhưng phù hợp với quan sát. Hai mô phỏng về các cụm thiên hà va chạm, thể hiện vật chất thường và vật chất tối với các màu khác nhau.

Mô phỏng bên trái, từ năm 2007, gợi ý tốc độ va chạm rất cao.

Một mô phỏng hiện đại hơn, từ năm 2024 (bên phải), cho thấy tốc độ thấp hơn khoảng một nửa, nhưng vẫn tái tạo được các dấu hiệu va chạm được quan sát.

Cả hai đều cho thấy sự tách biệt rõ ràng giữa tổng khối lượng và vật chất thường, phù hợp với quan sát.

Câu đố về va chạm cụm thiên hà siêu tốc đã được giải đáp

Theo lý thuyết về sự hình thành cấu trúc vũ trụ, các cụm thiên hà khi va chạm nên có tốc độ trong khoảng từ ~1000 km/s đến ~4000 km/s, nhưng khó có thể lớn hơn.

Những hệ thống cụm thiên hà va chạm này cung cấp bằng chứng mạnh mẽ về sự tồn tại của vật chất tối, khi chúng cho thấy sự tách biệt giữa vật chất thường (xác định qua bức xạ tia X) và tín hiệu hấp dẫn quan sát được (suy ra từ thấu kính hấp dẫn).

Tuy nhiên, hệ thống đầu tiên như vậy, cụm Bullet Cluster, được tái dựng với tốc độ va chạm ~5400 km/s, điều này đã gây nghi ngờ về cách giải thích trên.

Thế giới giờ đây không cần nghi ngờ nữa. Vào năm 2024, chúng tôi phát hiện một hệ thống tương tự nhưng may mắn chụp được va chạm dọc theo hướng nhìn của chúng ta, cho phép đo tốc độ va chạm cụm thiên hà trực tiếp hơn.

Điều chúng tôi tìm thấy thật thú vị: tốc độ quan sát được thấp hơn hơn ~1000 km/s so với ước tính trước đây, vì các hiện tượng chấn động mới và vật lý thiên văn liên quan đến môi trường xung quanh các thiên hà được phát hiện là rất quan trọng.

Biết rằng chúng ta có thể đã đánh giá quá cao tốc độ của Bullet Cluster (và có thể cả các cụm khác) khiến câu đố này biến mất, củng cố vật chất tối là một thành phần của vũ trụ.

Phép tính QCD mạng mới loại bỏ sự khác biệt g – 2 của hạt muon

Mỗi hạt mang điện mà chúng ta biết đến cũng đều có một spin vốn có, điều này đồng nghĩa với việc nó cũng phải có một mômen từ vốn có.

Tỷ lệ từ – con quay này, được gọi là g, là một yếu tố mà các nhà vật lý đã nỗ lực rất nhiều để đo lường và tính toán, vì bất kỳ khác biệt nào cũng có thể chỉ ra vật lý mới vượt ngoài Mô hình chuẩn.

Hạt muon, người anh em nặng ký của electron, là một đối tượng đặc biệt thú vị trong nghiên cứu này, vì một thí nghiệm đang được thực hiện tại Fermilab ngày càng trở nên chính xác hơn, và kết quả của nó dường như mâu thuẫn với các phép tính lý thuyết đã được thực hiện từ lâu.

Phương pháp lý thuyết có những bất định đáng kể, và một cách tiếp cận khác nhằm tính toán trực tiếp các yếu tố không chắc chắn này: đó là QCD mạng.

Vào tháng 7 năm 2024, một bước tiến lớn đã xảy ra khi một nhóm nghiên cứu QCD mạng công bố sự bác bỏ trực tiếp các bài báo lý thuyết trước đó, thay vào đó đưa dự đoán lý thuyết mới phù hợp trực tiếp với quan sát tại Fermilab.

Mặc dù dữ liệu thực nghiệm là cần thiết để nói cho chúng ta biết chính xác điều gì đang xảy ra trong vũ trụ, các phép tính lý thuyết đúng đắn cũng quan trọng không kém.

Với nhiều công việc còn phải làm, đây là bằng chứng mạnh mẽ nhất cho đến nay rằng không có sự khác biệt nào đối với hạt muon, và rằng Mô Hình Chuẩn có khả năng vẫn đúng ở đây.

Căng thẳng Hubble ngày càng mạnh mẽ hơn và được củng cố, không phải đặt nghi vấn, bởi kết quả mới từ JWST

Đầu năm nay, dự án Carnegie – Chicago Hubble Project (CCHP) đã công bố một thông tin khiến cả thế giới bất ngờ: họ tuyên bố rằng sử dụng dữ liệu từ JWST, họ đã đạt được một phép đo mới về tốc độ giãn nở của vũ trụ thấp hơn tất cả các giá trị khác sử dụng phương pháp tương tự, ở mức ~68 km/s/Mpc.

Trong khi tất cả các phương pháp thang đo khoảng cách dường như hội tụ về giá trị ~73 km/s/Mpc và tất cả các phương pháp di tích sớm lại ưa thích giá trị thấp hơn, khoảng ~67 km/s/Mpc, công bố của họ về một kết quả thang đo khoảng cách ưu tiên giá trị thấp đã đưa ra một câu chuyện thay thế: nơi mà căng thẳng Hubble có thể biến mất.

Vấn đề duy nhất?

Các phép đo mới thực sự củng cố và làm tăng thêm căng thẳng Hubble, thay vì làm dịu nó.

Kết quả JWST làm giảm sai số trong các phép đo của các thiên hà này, và chỉ bằng cách lựa chọn một vài thiên hà từ một mẫu đầy đủ hơn thì mới thu được kết quả giá trị thấp hơn; khi bạn xem xét toàn bộ dữ liệu, căng thẳng còn mạnh hơn bao giờ hết.

Có lý do tại sao, sáu tháng sau khi bài báo đó được nộp, nó vẫn chưa vượt qua được quy trình bình duyệt.

Hãy mong chờ căng thẳng Hubble tiếp tục là một chủ đề trong giới vũ trụ học trong nhiều năm tới; chúng ta vẫn chưa đến gần việc giải quyết câu đố này dù có một số tuyên bố gây chú ý được đưa ra trong năm 2024.

Phát hiện tia phản lực lỗ đen lớn nhất từng thấy. Dữ liệu vô tuyến từ LOFAR và GMRT rõ ràng cho thấy các đặc điểm của một cặp tia phản lực lỗ đen mạch lạc, đối xứng lưỡng cực, kéo dài từ 23 – 24 triệu năm ánh sáng.

Đặc điểm này, được đặt tên là Porphyrion, là tia phản lực lỗ đen lớn nhất từng được quan sát.

Tia phản lực lỗ đen lớn nhất từng được phát hiện, kéo dài 23 – 24 triệu năm ánh sáng

Trong số tất cả các vật thể riêng lẻ trong vũ trụ, lỗ đen là những vật thể có khối lượng lớn nhất.

Khi chúng tiêu thụ vật chất, chúng có thể gia tốc vật chất đó, làm nó nóng lên và bị ion hóa, sau đó các hạt mang điện này có thể bị đẩy đi với năng lượng đáng kinh ngạc.

Qua thời gian, chúng có thể đạt đến khoảng cách phi thường, như đã được quan sát ở nhiều thiên hà gần và xa.

Vào năm 2024, chúng tôi phát hiện các tia phản lực lỗ đen dài nhất và mạnh nhất từng được quan sát: các tia kéo dài khoảng 23 – 24 triệu năm ánh sáng. Vật thể được nhắc đến, Porphyrion, đã phá vỡ kỷ lục cũ với khoảng ~6 triệu năm ánh sáng.

Đây là tia phản lực lỗ đen dài nhất và mạnh nhất từng được phát hiện, và tôi may mắn có cơ hội phỏng vấn tiến sĩ Martijn Oei, nhà nghiên cứu đã dẫn đầu khám phá này.

Với các tia phản lực lỗ đen ở quy mô mạng vũ trụ, phát hiện này dẫn đến khả năng hấp dẫn rằng các vật thể riêng lẻ, chẳng hạn như những lỗ đen siêu khối lượng này, có thể tạo ra các đặc điểm ở quy mô của mạng vũ trụ.

Đây là một khám phá mới vừa được thực hiện trong năm nay, 2024.

Ngay cả quark top, hạt sống ngắn nhất, cũng thể hiện sự rối lượng tử

Rối lượng tử là một trong những hiện tượng đáng sợ và khó hiểu nhất trong toàn bộ vật lý.

Hiện tượng này đã giành giải Nobel Vật lý năm 2022, và là cách duy nhất chúng ta biết để làm tốt hơn dự đoán ngẫu nhiên khi nói đến việc dự đoán kết quả đo lường của các hạt lượng tử.

Rối lượng tử có giới hạn tốc độ không?

Nhưng liệu rối lượng tử có một giới hạn tốc độ nào không, hay nó thực sự là một hiện tượng tức thời?

Một trong những bài kiểm tra mà chúng ta đã tìm kiếm từ lâu là xem xét các hạt sống ngắn nhất: quark top. Với thời gian tồn tại trung bình chỉ 5 × 10⁻²⁵ giây, chúng phân rã trước khi hình thành các trạng thái liên kết như meson hoặc baryon.

Tuy nhiên, trong năm 2024, các nhà khoa học sử dụng dữ liệu từ LHC đã chứng minh rằng không chỉ quark top – hạt sống ngắn nhất – thể hiện sự rối lượng tử, mà rối lượng tử dường như cũng diễn ra tức thời.

Một chiến thắng khác của vật lý lượng tử. Đây là một chiến thắng khác cho các dự đoán tiêu chuẩn của vật lý lượng tử và Mô Hình Chuẩn, đồng thời là một thử thách thực nghiệm khác mà các lý thuyết hàng đầu của chúng ta đã vượt qua.

Một kỷ lục tốc độ mới được thiết lập cho tàu vũ trụ do con người phóng

Kỷ lục này chưa thực sự xảy ra, nhưng sắp đến.

Vào ngày 24 tháng 12 năm 2024, tàu thăm dò Mặt Trời Parker Solar Probe (vừa thay đổi quỹ đạo sau lần gặp gỡ cuối cùng với sao Kim) sẽ tiếp cận gần Mặt Trời hơn bao giờ hết, di chuyển nhanh hơn bất kỳ tàu vũ trụ nào trong lịch sử khi nó đạt điểm cận nhật: điểm tiếp cận gần nhất với Mặt Trời.

Những con số kỷ lục

Vào thời điểm đó, tàu thăm dò sẽ:

– Tiếp cận trong phạm vi 8,86 bán kính Mặt Trời so với rìa Mặt Trời,

– Chỉ cách 6,2 triệu km (hoặc 3,8 triệu dặm),

– Đạt tốc độ tối đa 192 km/s (119 mi/s).

Tàu Parker Solar Probe sẽ tiếp tục quỹ đạo này cho đến khi các thiết bị của nó hỏng hóc do nhiệt độ và bức xạ đáng kinh ngạc phát ra từ Mặt Trời.

Nhanh hơn các tàu Voyager, Pioneer hoặc New Horizons, nó là minh chứng cho thực tế rằng nếu bạn muốn đi nhanh, rơi vào Mặt Trời sẽ dẫn đến tốc độ lớn hơn bất kỳ nỗ lực nào để thoát khỏi nó.

Sứ mệnh đầu tiên tới Europa, mặt trăng lớn của sao Mộc với đại dương ngầm, đã được phóng thành công vào năm 2024

Có sự sống ở nơi nào khác trong vũ trụ không?

Tại sao không bắt đầu từ sân sau của chúng ta, bằng cách khám phá các thế giới trong Hệ Mặt Trời?

Europa là một ứng cử viên đầy hứa hẹn: mặt trăng Galile thứ hai của sao Mộc này dường như có một lớp vỏ băng bao phủ một đại dương ngầm bên dưới.

Sứ mệnh Europa Clipper, được NASA phóng vào tháng 10 năm 2024, sẽ là sứ mệnh đầu tiên được dành riêng cho một thế giới băng với đại dương ngầm đã được biết đến. Sứ mệnh này dự kiến sẽ đến mặt trăng Europa của sao Mộc vào năm 2030, sau hai lần hỗ trợ trọng lực từ sao Hỏa và Trái Đất, lần lượt vào các năm 2025 và 2026.

Mặc dù chúng ta phải chờ đến năm 2030 để có những kết quả đầu tiên, nhưng vụ phóng đã thành công, và sứ mệnh Europa Clipper đang trên hành trình của nó.

Đây là một trong những vụ phóng tên lửa đáng chú ý nhất của năm 2024, vì sứ mệnh này thực sự có tiềm năng thay đổi cách chúng ta nhìn nhận Hệ Mặt Trời và cuộc săn tìm sự sống ngoài hành tinh chỉ trong một lần duy nhất.

Vega, ngôi sao trẻ gần Trái Đất, cho thấy ít bằng chứng về hành tinh, vành đai, hoặc đặc điểm trong đĩa mảnh vụn

Qua nhiều thập kỷ, chúng ta đã học được rất nhiều bài học về hệ hành tinh.

Việc hình thành hành tinh thường bắt đầu chỉ sau 1 – 2 triệu năm kể từ khi một ngôi sao ra đời, và thường hoàn tất sau vài triệu năm tiếp theo.

Hầu như tất cả các ngôi sao có một tỷ lệ nguyên tố nặng nhất định (hơn khoảng 10% so với Mặt Trời) đều được thấy có hành tinh xung quanh.

Trong kỷ nguyên của kính viễn vọng JWST, chúng ta đã kiểm tra ngôi sao trẻ gần Trái Đất Fomalhaut, một ngôi sao có đĩa mảnh vụn bao quanh.

Chúng ta phát hiện ra rằng Fomalhaut không chỉ có một vành đai tiểu hành tinh tương tự vành đai Kuiper mà còn có một vành đai trung gian thứ ba.

Rồi đến Vega.

Ngôi sao sáng gần Trái Đất với đĩa mảnh vụn khác, Vega, là một ngôi sao quay nhanh và được quan sát gần như trực diện từ Trái Đất.

Nhưng khi JWST quan sát Vega, một bất ngờ lớn đã xảy ra: gần như không có gì. Không có khoảng trống trong đĩa, không có vành đai, và không có bằng chứng về hành tinh.

Thực tế, không thể có các hành tinh có khối lượng tương đương sao Mộc, sao Thổ, hoặc sao Hải Vương trong hệ này. Khối lượng lớn nhất mà một hành tinh có thể đạt và vẫn phù hợp với dữ liệu chỉ là 6 lần khối lượng Trái Đất.

Vậy các hành tinh, vành đai, và những đặc điểm khác mà chúng ta mong đợi ở Vega đang ở đâu?

Đây sẽ là câu hỏi cho năm 2025 và xa hơn!

Sự phân rã của B-meson hé lộ vật lý vượt ngoài Mô hình chuẩn

Vào cuối năm 2024, một bài báo đã được công bố, cung cấp bằng chứng mới từ dữ liệu của LHC.

Các nhà khoa học đã tìm thấy rằng các B-meson – hạt chứa quark đáy hoặc phản quark đáy – có thể phân rã theo những cách không phù hợp với dự đoán của Mô Hình Chuẩn.

Như nhiều gợi ý trước đó, điều này có thể biến mất hoặc quay trở về giá trị trung bình khi có nhiều dữ liệu hơn và tốt hơn, điều mà LHC đang thu thập.

Nhưng luôn có một gợi ý đầu tiên của bất kỳ vật lý mới nào từng được khám phá, và khi nói đến vật lý vượt ngoài Mô Hình Chuẩn, chúng ta vẫn đang tìm kiếm nó.

Liệu sự phân rã của B-meson có phải là vết nứt đầu tiên được hé lộ tại các máy gia tốc hạt trong Mô hình chuẩn?

Tương lai còn nhiều điều để khám phá

Thời gian sẽ trả lời. Nhưng bước vào năm 2025 và xa hơn, đây sẽ là một trong những lĩnh vực mà các nhà vật lý chắc chắn tập trung vào tại giao điểm giữa lý thuyết và thực nghiệm.

Vẫn còn cả một vũ trụ để khám phá, và năm 2024 chứng kiến chúng ta học được ngày càng nhiều hơn về nó, nâng tầm hiểu biết của chúng ta lên đỉnh cao nhất từ trước đến nay.

Càng học hỏi, chúng ta càng tinh chỉnh các câu hỏi mà chúng ta cần đặt ra, và năm 2024 là một năm xuất sắc với những tiến bộ trong lĩnh vực này (và nhiều lĩnh vực khác).