vietnam   english

Mong là chưa phải Higgs boson!


Các nhà vật lý không thích cái nickname “Hạt của Thượng đế” hay “Hạt của Chúa” mà gọi nó là Higgs boson. Nhưng Higgs boson là gì mà người ta phải dành cả nửa thế kỷ để săn tìm nó? Rồi khi CERN công bố dường như đã tìm thấy, thì người ta lại mong rằng đó chưa phải là Higgs boson?

Quang cảnh buổi công bố tìm thấy HB của CERN hôm 4.7.


Higgs boson là gì?


Cho đến nay, lý thuyết về cấu trúc vật chất đẹp nhất và phù hợp với thực nghiệm nhất có tên là Mô hình chuẩn (Standard Model – SM). Theo lý thuyết này, toàn bộ vũ trụ được cấu thành từ 12 hạt cơ bản và vận hành dưới tác dụng đồng thời của bốn loại lực: lực điện từ, lực hạt nhân yếu, lực hạt nhân mạnh, và lực hấp dẫn. Trong suốt hơn nửa thế kỷ qua, các nhà vật lý hàng đầu thế giới đã nỗ lực tìm kiếm một lý thuyết thống nhất cho cả bốn loại lực này. Khoảng đầu những năm 60 (thế kỷ 20), người ta nhận ra rằng, hai lực điện từ và hạt nhân yếu có thể mô tả bằng cùng một lý thuyết (điện yếu – electroweak). Khác nhau (và cũng là khó khăn) cơ bản là ở chỗ, trong khi photon – hạt mang lực điện từ – không có khối lượng, thì các boson W và Z – hạt mang lực hạt nhân yếu – lại khá nặng (gần 100 giga-electron volt – GeV). Oái oăm thay, nếu cứ thế mà gán khối lượng cho các boson này, thì lý thuyết sẽ rối tinh lên. Dường như khối lượng của W và Z phải được đưa vào thông qua tương tác nào đó.

Năm 1964, Peter Higgs và năm nhà vật lý khác gần như đồng thời công bố rằng họ có thể làm cho một hạt từ chỗ không có khối lượng trở thành có khối lượng, nếu thừa nhận chân không bị choán đầy bởi một loại trường đặc biệt, mà bây giờ gọi là trường Higgs. Khi tương tác với một hạt, trường Higgs làm cho hạt đó có quán tính, tức là có khối lượng. Trong vật lý lượng tử, mỗi trường gồm từ các hạt. Trường Higgs cũng vậy, hạt của nó gọi là hạt Higgs. Đó là gốc gác thuật ngữ Higgs boson, nay đã trở nên quen thuộc như electron hay proton vậy.

Năm 1983, các hạt W và Z đã được phát hiện thực nghiệm ở CERN (phòng thí nghiệm Vật lý hạt châu Âu) và các tính chất của hạt quan sát được trùng khớp với các dự đoán lý thuyết. Đây là một tín hiệu đẹp, để tin rằng có Higgs boson.

Sau đó, các nhà vật lý đi xa hơn, cho rằng không chỉ W và Z mà tất cả các hạt khác, từ electron đến các quark, đều “nhận được” khối lượng thông qua tương tác với trường Higgs. Tương tác càng nhiều, khối lượng của hạt càng lớn. Với Higgs boson, SM trở thành một lý thuyết tự hợp và trọn vẹn. Còn, nếu không có hạt này, thì toàn bộ lý thuyết (dù tuyệt đẹp) phải được xem xét lại. Đó là lý do gần nửa thế kỷ nay các nhà vật lý quyết trả lời bằng được câu hỏi mang tính sống còn: có chăng Higgs boson?


Cuộc săn tìm nửa thế kỷ


Higgs boson được dự đoán là rất nặng và thời gian sống cực ngắn, nên muốn quan sát được nó phải có máy gia tốc cực mạnh. Với kinh phí xây dựng khoảng 6 tỉ USD và chu vi 27km, máy LHC (Large Hardron Collider) ở CERN, nằm trên biên giới Pháp – Thuỵ Sĩ, hiện là máy gia tốc mạnh nhất thế giới. Ngay từ ngày đầu vận hành, cách đây hơn 27 tháng, LHC đã đặt cho mình nhiệm vụ săn tìm Higgs boson. Các nhà khoa học tìm cách “lôi” chúng ra từ chân không thông qua các va chạm hạt cực mạnh. Trong LHC các proton được gia tốc đến năng lượng rất cao (gấp ít nhất bốn lần so với các máy gia tốc đã từng hoặc hiện có trên thế giới). Các proton này va chạm với nhau và được ghi nhận ở hai hệ ghi nhận khổng lồ có tên viết tắt là ATLAS và CMS. Năm 2011, LHC đã tạo ra khoảng 500 triệu triệu va chạm. Sang năm nay, chỉ từ tháng 4 – 6 số va chạm ghi nhận được đã nhiều hơn toàn bộ năm ngoái. Cả hai nhóm ATLAS và CMS đều ghi nhận một cực đại rất rõ ở khối lượng khoảng 125GeV, nặng hơn proton 133 lần. Hiển nhiên là, trong số các photon mà thiết bị ghi nhận được có cả photon xuất phát từ các nguồn khác, vì thế trên đồ thị có nhiều cực đại nhỏ phân bố ngẫu nhiên ở khối lượng khác nhau. Liệu chăng cái cực đại cao nhất ở 125GeV ấy cũng chỉ là ngẫu nhiên? Các chuyên gia của ATLAS và CMS khẳng định rằng xác suất để xảy ra một ngẫu nhiên như vậy cực nhỏ: khoảng 1/3,5 triệu. Điều đó có nghĩa họ thực sự đã phát hiện một hạt mới có khối lượng chừng 125GeV.

Ngày 4.7.2012, CERN chính thức công bố phát hiện của mình. Suốt đêm hôm trước, hàng trăm nhà vật lý và phóng viên từ khắp nơi đã xếp hàng trước cửa hội trường, hy vọng sáng hôm sau sẽ kiếm được một chỗ có thể tận mắt chứng kiến các nhà nghiên cứu trình bày phát hiện của mình – phát hiện vĩ đại nhất của vật lý hạt trong nhiều chục năm trở lại đây. Chính Peter Higgs 83 tuổi cùng với Gerald Guralnik, Francois Englert, và Carl Hagen – những người đã tiên đoán Higgs boson 48 năm trước – cũng có mặt trong buổi công bố. Trước báo giới, Higgs kìm nước mắt, nói: “Đây thực sự là một sự kiện khó tin xảy ra trong đời tôi”.

Mong rằng đó chưa phải là Higgs boson

“Cơn ác mộng của tôi – và không chỉ của tôi, mà của nhiều người trong chúng ta – là LHC phát hiện Higgs mà sẽ chẳng phát hiện thêm gì nữa”.

STEVEN WEINBERG


Hạt vừa phát hiện ở CERN có phải là Higgs boson? Trước hết phải nói là hạt mới này đã được tìm ra theo sự dẫn dắt của SM. Hơn nữa, hạt mới, về đại thể, lại có nhiều nét rất giống với Higgs boson. Điều này cho phép nhiều người nghĩ, đó chính là Higgs boson, mảnh ghép cuối cùng còn thiếu của SM. Nhưng, như John Ellis, nhà lý thuyết của King&;s College London đã nói, khi tìm một mảnh ghép cho trò chơi ghép hình phức tạp, hiển nhiên là bạn phải kiểm tra kỹ xem đó có đúng là mảnh ghép mình cần, hay là mảnh ghép của một trò chơi khác. Với những số liệu thực nghiệm hiện có, hạt mới tìm thấy vẫn còn những đặc trưng quan trọng không giống với “mảnh ghép” mong đợi của Mô hình chuẩn – SM, như spin và tốc độ phân rã. Cuối cùng là, những tiên đoán lý thuyết của SM về khối lượng của Higgs boson trong tương tác với các hạt khác cũng chưa quan sát thấy. Theo Joe Incandela, người phát ngôn của nhóm 3.000 nhà khoa học CMS, thì đến khoảng cuối năm nay sẽ có đủ số liệu để khẳng định hạt vừa tìm được có phải là Higgs boson của SM hay không.

Khôi hài là mất gần nửa thế kỷ săn tìm, đến khi CERN công bố dường như đã tìm thấy Higgs boson, thì nhiều nhà vật lý lại mong rằng đó chưa phải là Higgs boson của SM! Fabiola Gianotti, người phát ngôn của ATLAS, đã nói ngay trong buổi công bố: “Tôi sẽ rất vui, nếu hạt mới này là một Higgs boson, nhưng không phải là Higgs boson của SM”. Vì sao vậy? Steven Weinberg, nhà lý thuyết giải Nobel ở đại học Texas, Austin (Mỹ), nói: “Cơn ác mộng của tôi – và không chỉ của tôi, mà của nhiều người trong chúng ta – là LHC phát hiện Higgs mà sẽ chẳng phát hiện thêm gì nữa”. Ông giải thích, điều đó giống như cánh cửa đã đóng lại, hay con đường nghiên cứu đã đi đến tận cùng, còn gì để mà thi thố!

Thành công ở LHC là thành công của toàn bộ cộng đồng vật lý hạt quốc tế. Kết luận buổi công bố ngày 4.7, Rolf-Dieter Heuer, tổng giám đốc CERN, phát biểu: “Chúng ta đã chờ đợi ngày này 50 năm. Đó là cả cuộc đời của một nhà vật lý. Chúng ta hy vọng những phát minh tiếp theo, thậm chí vĩ đại hơn sẽ đến trong vài tháng hay vài năm tới”.

                                                                                                                                                                                                                                             NGUYỄN TRẦN
                                                                                                                                                                                                                                            theo SGTT.Vn

 


Các tin khác
Vị trí 01
Vị trí 02
Vị trí 03
Sinh hoạt Khoa học tháng 6/2013 Một số mẩu chuyện chưa kể về Bóng đá
Sinh hoạt Khoa học tháng 5/2013  Richard P. Feynman, một trong những nhà Vật lý kiệt xuất mọi thời đại.

Sinh hoạt Khoa học tháng 3/2013 Buổi sinh hoạt đầu Xuân Quý Tỵ


  • Ngọc Vũ
    Ngọc Vũ
    Tên thật : Vũ Tuấn Ngọc
    Sinh ra và lớn lên tại Hà Nội, tốt nghiệp Đại học...
  • Phạm Thu Hằng
    Phạm Thu Hằng
    Phạm Thu Hằng
    Sinh năm 1975 tại Nam Định
    Công tác tại Ngân hàng Nhà nước Việt Nam
    ...
  • Phạm Ngọc Điệp
    Phạm Ngọc Điệp
    Sinh ra và lớn lên tại Ninh Bình, yêu thích vật lý, đạt nhiều giải thưởng cấp tỉnh và...
  • Nguyễn Dung
    Nguyễn Dung
    Thạc sĩ Ngôn ngữ học, yêu thích văn chương, đã từng đăng bài trên tạp chí Văn học Tuổi...
  • Trần Thị Mai Hiên
    Trần Thị Mai Hiên
     Sinh năm 1981, tốt nghiệp Đại học Ngoại thương TP Hồ Chí Minh và Thạc sĩ ngành quản trị kinh doanh tại...
  • Ngô Minh Toàn
    Ngô Minh Toàn
    Sinh năm 1979, tốt nghiệp Đại học Khoa học Tự nhiên TP Hồ Chí Minh và Tiến sĩ ngành Vật Lý Sinh Học...
Tác giả Brian Greene Ngoài những công trình khoa học có giá trị về lý thuyết dây, Greene...
Mật Mã: Từ cổ điển đến lượng tử Trong lịch sử nhân loại đã xảy ra những cuộc chiến tranh tàn khốc, như hai cuộc thế...
Tác giả Silvia Arroyo Camejo Camejo không phải là con người khô cứng vì sách vở. Cô học múa ballet,...
Người bạn gái của lượng tử Mới 17 tuổi, Silvia Arroyo Camejo đã là tác giả của một cuốn sách ăn khách...
1. The scientist who‘s in love with literature
Pham Van Thieu loved writing and poetry from the moment he learnt to read. However, he wanted to be a mathematician. In the end he became a physicist. He has written 18 popular science books and is editor-in-chief of Physics and Youth Magazine.
2. Thư của GS.TSKH Đặng Vũ Minh gửi Tủ sách.
 Đây là bức thư của GS. TSKH Đặng Vũ Minh, Chủ nhiệm Ủy ban Khoa học, công nghệ và môi trường của Quốc hội, Chủ tịch Đoàn Chủ tịch Liên hiệp các hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam..
3. Chương trình giao lưu Khoa học và Khám phá
Tháng 11/2009, NXB Trẻ cùng nhóm chủ biên bộ sách Khoa học và khám phá tổ chức buổi giao lưu xoay quanh những nội dung khoa học hiện đại.

Nhân viên 02
Hotline: 0985 27 28 35


contact@khoahocvakhampha.com.vn
admin@khoahocvakhampha.com.vn