Kiểm tra các nguyên tố của big bang

Tham khảo tài liệu kiểm tra các nguyên tố của big bang, tài liệu phổ thông, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kiểm tra các nguyên tố của big bang KI M TRA CÁC NGUYÊN T C A BIG BANG Kenneth Nollett Phép o lư ng lithium trong vũ tr cùng v i d li u chính xác t b c x viba n n vũ tr ang thách th c s hi u bi t c a chúng ta v c n n thiên văn v t lísao và có th chính c s t ng h p h t nhân Big Bang, như Kenneth Nollett s gi ithích sau ây. Nitrogen và oxygen màchúng ta th , carbon c u thànhnên khoa hóa sinh h c, và calciumtrong xương c a chúng ta cóchung m t c i m: chúng u ư c t ng h p bên trong các sao.Th t v y, i u tương t úng v ih u như m i nguyên t hóa h cmà chúng ta g p trong cu c s nghàng ngày, t ch t khí hi m nh tcho n kim lo i n ng nh t. M tngo i l l n là hydrogen: h u nhưt t c h t nhân hydrogen là protonphát sinh t Big Bang ch ng 14 tnăm trư c ây. M t ngo i l kháclà h t nhân nh như deuterium vàlithium, chúng ư c t o ra trongm t quá trình g i là t ng h p h tnhân Big Bang x y ra khi vũ trch m i vài phút tu i. Th c tnh ng nguyên t này ã có t khikhai sinh ra th i gian ch c ch n là m t trong nh ng s th t h p d n nh t trong thiênvăn v t lí h c. S t ng h p h t nhân Big Bang (BBN) b t u khi vũ tr l nh sao choproton và neutron, ch m i v a hình thành t plasma nguyên th y, có th k t h pthành h t nhân deuterium. Deuterium sau ó tr i qua nh ng ph n ng h t nhân khácn a hình thành nên h t nhân helium-4, m i h t nhân ch a hai proton và hai neutron,cùng v i lư ng nh deuterium, helium-3 và lithium-7. Th t v y, lúc k t thúc BBN(m t th i kì ch ng vài phút), m t ph n tư v t ch t bình thư ng trong vũ tr ãchuy n hóa thành helium-4, còn trong s còn l i ch có m t ph n r t nh làhydrogen.S t ng h p h t nhân Big Bang x y ra như th nào ?S t ng h p h t nhân Big Bang (BBN) là thành ph n ch y u c a mô hình Big Bang gi i thích cáchth c h t nhân nh deuterium, helium-3, helium-4, và lithium-7 ư c t o ra trong vài phút u tiênc a vũ tr . Thuy t Big Bang phát bi u r ng vũ tr b t u t kho ng 13,7 t năm trư c ây trong m ttr ng thái r t nóng và m c ã và ang giãn n ra và l nh i k t ó. Như thuy t tương i r ngEinstein mô t , t c giãn n ph thu c vào lư ng kh i lư ng và năng lư ng mà vũ tr có. Trư ckhi BBN x y ra – khi vũ tr chưa t i m t giây tu i – v t ch t và năng lư ng t n t i dư i d ng m tch t khí nóng, m c c a các h t cơ b n. Khi vũ tr l nh i, các h t có năng lư ng gi m d n phânb trong vũ tr sao cho lúc 1 giây ch có proton, neutron và nh ng h t nh b n có m t. Tương tác y u© hiepkhachquay 1gi a c proton và neutron v i electron, positron, và neutrino nh hơn nhi u, duy trì tr ng thái cânb ng nhi t, n nh s lư ng tương i c a proton và neutron m t giá tr nh t nh. Sau ó, nhi t c a ch t khí gi m xu ng còn kho ng 8 x 109 K, vì th ngăn c n tương tác y u x y ra ti p t c. T ó còn l i m t neutron (n) i v i m i 6 proton (t c là h t nhân hydrogen 1H).lúc này tr i,Trong vài phút ti p theo, h t nhân hình thành. H t nhân deuterium (2H) t o ra b i s va ch m gi aproton v i neutron, và nh ng va ch m h t nhân khác n a d n n m i neutron tóm l y m t protonhình thành nên lo i liên k t ch t ch nh t c a h t nhân nh : 4He. Quá trình này hoàn thành saukho ng 5 phút, khi vũ tr tr nên quá l nh cho nh ng ph n ng h t nhân ti p t c x y ra. Lư ng r tnh deuterium, helium-3, và beryllium-7 ư c t o ra dư i d ng s n ph m, v i beryllium-7 tr i quaphân rã beta hình thành nên lithium-7. H u như t t c proton không h p nh t vào h t nhân helium-4còn l i dư i d ng các h t t do, và ây là lí do t i sao vũ tr có g n 25% helium và 75% hydrogenkh i lư ng m i nơi mà chúng ta th y. H t nhân khác ít d i dào hơn n vài b c l n.B ng cách o cư ng v ch ph nguyên t nh ng i tư ng thiên văn v t lí, các nhà thiên văn cóth suy lu n ra s h t nhân thu c m t lo i cho trư c trên h t nhân hydrogen. S d i dào h t nhânnày t o ra trong BBN ph thu c vào m t v t ch t (ho c m t baryon) trong vài ba phút u tiên ó, có th liên quan tr c ti p v i m t baryon mà chúng ta th y ngày nay. B t kì hi u ng nào làmbi n i s ti n hóa nhi t ban u c a vũ tr ho c tương tác gi a các h t nhân cũng s l id uv ttrong s phong phú ó, nghĩa là BBN mang l i m t s kh o sát quan tr ng c a vũ tr sơ khai.N u chúng ta gi s r ng ch có nh ng h t có trong Mô hình Chu n c a v t lí h t là có m t trongBBN, thì m t baryon o ư c trong s m nh WMAP c a NASA (và ư c ch ng th c b i s dư d tdeuterium) xác nh thành ph n hóa h c ban u c a vũ tr ch y u là hydrogen, v i g n 0,08nguyên t helium-4, 10-5 nguyên t deuterium, 10-5 nguyên t helium-3 và 10-10 nguyên t lithium /nguyên t hydrogen, nhưng không có lư ng nào khác có th phát hi n ư c. T t c nh ng nguyên tkhác trong vũ tr ư c t ng h p mu n hơn nhi u bên trong các sao ho c trong s va ch m tia vũ tr . Vì lư ng h t nhân ư c t o ra này ph thu c vào nhi t và m t c a vũtr khi nó ch vài phút tu i, nên chúng ta có th nghiên c u s ti n hóa vũ tr sơkhai b ng cách o s d i dào v t ch t c a nó ngày nay. c bi t, mô hình BBNmang l i m t s ư c tính m t baryon trung bình c a vũ tr , ó là m t thông scơ b n trong vũ tr h c. Chúng ta bi t t phép o chuy n ng c a các thiên hàr ng m t kh i lư ng t ng c ng c a vũ tr g p 6 l n m t baryon mà BBN suy© hiepkhachquay 2ra, rõ ràng cho th y a s v t ch t trong vũ tr không c u thành t v t ch t baryontính bình thư ng ch a proton và neutron mà t m t cái gì ó bí n hơn g i là v tch t t i. S không phù h p như th gi a BBN và thí nghi m cũng có th g i ý nh ngquá trình v t lí m i có kh năng ho t ng trong lúc t ng h p h t nhân. Ví d , n unhư nh ng h t cơ b n chưa bao gi nhìn th y trong phòng thí nghi m có m t trongvũ tr sơ khai, thì nh hư ng c a chúng có th th y rõ trong s phong phú nguyênt mà chúng ta ...