NộI Dung
Các nhà nghiên cứu Hadron Collider lớn nhìn thấy gợi ý trêu ngươi về một hạt mới có thể cách mạng hóa vật lý.
Bởi Harry Cliff, đại học Cambridge
Vào đầu tháng 12, một tin đồn xoay quanh các phòng cà phê trong phòng thí nghiệm vật lý và internet mà các nhà nghiên cứu tại Large Hadron Collider đã phát hiện ra một hạt mới. Sau đợt hạn hán kéo dài ba năm sau khi phát hiện ra boson Higgs, đây có thể là dấu hiệu đầu tiên của vật lý mới mà các nhà vật lý hạt đã hết sức hy vọng?
Các nhà nghiên cứu làm việc trên các thí nghiệm LHC vẫn kín miệng cho đến ngày 14 tháng 12 khi các nhà vật lý đóng gói khán phòng chính của CERN để nghe thuyết trình từ các nhà khoa học làm việc trên các thí nghiệm CMS và ATLAS, hai máy dò hạt khổng lồ đã phát hiện ra boson Higgs vào năm 2012. Ngay cả khi xem trực tuyến webcast, sự phấn khích là sờ thấy.
Mọi người đều tự hỏi liệu chúng ta sẽ chứng kiến sự khởi đầu của một thời đại khám phá mới. Câu trả lời là có thể.
Vết sưng
Kết quả CMS đã được tiết lộ đầu tiên. Lúc đầu, câu chuyện rất quen thuộc, một loạt các phép đo ấn tượng hết lần này đến lần khác không có dấu hiệu của các hạt mới. Nhưng trong vài phút cuối của bài thuyết trình, một vết sưng tinh tế nhưng hấp dẫn trên biểu đồ đã được tiết lộ gợi ý về một hạt nặng mới phân rã thành hai photon (hạt ánh sáng). Cú va chạm xuất hiện ở khối lượng khoảng 760GeV (đơn vị khối lượng và năng lượng được sử dụng trong vật lý hạt - boson Higgs có khối lượng khoảng 125 GeV) nhưng tín hiệu quá yếu để có thể tự mình kết luận. Câu hỏi là, liệu ATLAS có nhìn thấy một vết sưng tương tự ở cùng một chỗ không?
Bài thuyết trình ATLAS đã nhân đôi từ CMS, một danh sách khác về những điều không khám phá. Nhưng, tiết kiệm tốt nhất cho đến cuối cùng, một vết sưng đã được tiết lộ cho đến cuối cùng, gần với nơi CMS thấy họ ở 750GeV - nhưng lớn hơn. Nó vẫn còn quá yếu để đạt đến ngưỡng thống kê để được coi là bằng chứng vững chắc, nhưng thực tế là cả hai thí nghiệm đều thấy bằng chứng ở cùng một nơi rất thú vị.
Việc phát hiện ra hạt Higgs vào năm 2012 đã hoàn thành Mô hình Chuẩn, lý thuyết vật lý hạt tốt nhất hiện nay của chúng tôi, nhưng để lại nhiều bí ẩn chưa được giải quyết. Chúng bao gồm bản chất của vật chất tối, một vật chất vô hình chiếm khoảng 85% vật chất trong vũ trụ, điểm yếu của trọng lực và cách mà các định luật vật lý xuất hiện tinh chỉnh để cho phép sự sống tồn tại, đặt tên nhưng một số ít
Liệu siêu đối xứng một ngày nào đó có thể phá vỡ bí ẩn của tất cả các vật chất tối ẩn nấp trong các cụm thiên hà? Tín dụng hình ảnh: NASA / wikidia
Một số lý thuyết đã được đề xuất để giải quyết những vấn đề này. Phổ biến nhất là một ý tưởng gọi là siêu đối xứng, trong đó đề xuất rằng có một siêu đối tác nặng hơn cho mọi hạt trong Mô hình Chuẩn. Lý thuyết này cung cấp một lời giải thích cho việc tinh chỉnh các định luật vật lý và một trong những siêu đối tác cũng có thể giải thích cho vật chất tối.
Siêu đối xứng dự đoán sự tồn tại của các hạt mới sẽ nằm trong tầm với của LHC. Nhưng mặc dù hy vọng rất cao, lần chạy đầu tiên của máy từ năm 2009-2013 đã cho thấy một vùng đất hoang dã hạ nguyên cằn cỗi, chỉ được sinh ra bởi một boson Higgs đơn độc. Nhiều nhà vật lý lý thuyết nghiên cứu về siêu đối xứng đã tìm thấy kết quả gần đây từ LHC khá buồn. Một số người đã bắt đầu lo lắng rằng câu trả lời cho các câu hỏi nổi bật trong vật lý có thể nằm mãi mãi ngoài tầm với của chúng ta.
Mùa hè này, LHC dài 27km đã khởi động lại hoạt động sau khi nâng cấp hai năm gần như tăng gấp đôi năng lượng va chạm. Các nhà vật lý đang háo hức chờ đợi để xem những gì các va chạm này tiết lộ, vì năng lượng cao hơn có thể tạo ra các hạt nặng ngoài tầm với trong lần chạy đầu tiên. Vì vậy, gợi ý này của một hạt mới thực sự rất đáng hoan nghênh.
Một người anh em họ của Higgs?
Andy Parker, người đứng đầu Phòng thí nghiệm Cavendish của Cambridge và là thành viên cao cấp của thí nghiệm ATLAS, nói với tôi: Nếu vết sưng là có thật, và nó phân rã thành hai photon như đã thấy, thì đó phải là boson, rất có thể là một boson Higgs khác. Thêm Higgs được dự đoán bởi nhiều mô hình, bao gồm cả siêu đối xứng.
Có lẽ thậm chí còn thú vị hơn, nó có thể là một loại graviton, một hạt giả thuyết liên quan đến lực hấp dẫn. Điều quan trọng, graviton tồn tại trong các lý thuyết với các kích thước không gian bổ sung cho ba (chiều cao, chiều rộng và chiều sâu) mà chúng ta trải nghiệm.
Cho đến nay, các nhà vật lý sẽ vẫn còn hoài nghi - cần thêm dữ liệu để loại bỏ gợi ý hấp dẫn này trong hoặc ngoài. Parker đã mô tả các kết quả như là sơ bộ và không thể kết luận, nhưng thêm vào đó, nên hóa ra đó là dấu hiệu đầu tiên của vật lý ngoài mô hình chuẩn, với nhận thức muộn, đây sẽ được coi là khoa học lịch sử.
Cho dù hạt mới này có thành hiện thực hay không, một điều mà mọi người đều đồng ý là năm 2016 sẽ là một năm thú vị đối với vật lý hạt.
Harry Cliff, nhà vật lý hạt và bảo tàng khoa học đồng bào, đại học Cambridge
Bài viết này ban đầu được xuất bản trên The Convers. Đọc bài viết gốc.