Một lí thuyết giải được 5 bài toán vật lí lớn cùng lúc

Đó là một ngày đẹp trời. Năm bài toán vật lí cơ bản khó nhằn nhất dường như đã được nhập làm một. Mô hình có thể làm việc này, được thiết lập bởi Guillermo Ballesteros tại trường Đại học Paris-Saclay ở Pháp và các đồng sự của ông, có thể giải thích vật chất tối, các dao động neutrino, phả hệ baryon, sự lạm phát và bài toán CP mạnh.

Được đặt tên là SMASH, mô hình được xây dựng trên lạm phát. Danh sách còn dài nữa.

Cho nên, mô hình chuẩn vẫn còn thiếu cái gì đó. “GIả sử chúng ta cần một số hạt mới,” phát biểu của Mikhail Shaposnikov tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ở Lausanne. “Câu hỏi đặt ra là chúng ta cần bao nhiêu hạt mới?”

Một số mô hình, như siêu đối xứng, bổ sung thêm hàng trăm hạt – nhưng chẳng hạt nào từng được phát hiện tại các máy va chạm hạt như LHC ở CERN. Còn SMASH chỉ bổ sung sáu hạt: ba neutrino, một fermion, và một trường bao gồm hai hạt.

SMASH là một vài lí thuyết hòa nhập lại, theo lời đồng tác giả Andreas Ringwald tại Synchrotron Electron Đức, DESY, ở Hamburg. Nó được xây dựng trên mô hình của Shaposnikov có từ năm 2005, bổ sung thêm ba neutrino cho ba neutrino đã biết để giải bốn bài toán cơ bản trong vật lí học: vật chất tối, sự lạm phát, một số câu hỏi về bản chất của neutrino, và các nguồn gốc của vật chất.

SMASH bổ sung một trường mới nhằm giải thích một số bài toán đó theo cách hơi khác một chút. Trường này bao gồm hai hạt: axion, một ứng cử viên bóng ngựa đen cho vật chất tối, và inflaton, hạt chi phối sự lạm phát.

Ở dạng thức hoàn thiện, SMASH sử dụng trường mới này để đem lại lời giải cho một bài toán khó thứ năm: bài toán CP mạnh, giúp giải thích tại sao có nhiều vật chất hơn phản vật chất trong vũ trụ.

“Cái hay nhất ở lí thuyết trên là nó có thể được kiểm tra hay thử nghiệm trong chừng mười năm tới,” Ringwald nói. “Bạn luôn có thể phát minh ra những lí thuyết mới, nhưng nếu chúng chỉ có thể kiểm tra được trong 100 năm tới, hoặc không bao giờ, thì đây không phải là khoa học thật sự mà là siêu khoa học.”

SMASH dự đoán hạt axion sẽ nhẹ hơn hạt electron khoảng một tỉ lần. Các hạt nhỏ như thế này có thể khảo sát được bởi thí nghiệm CULTASK đang chạy ở Hàn Quốc, hay thí nghiệm ORPHEUS đã được đề xuất ở Mĩ, và thí nghiệm MADMAX đã được lên kế hoạch ở Đức.

Điều này không có nghĩa là trò chơi sắp kết thúc. Mà là trò chơi đang tiếp diễn. Các nhà vật lí sẽ tiếp tục tranh đấu nhằm tìm kiếm bằng chứng thực nghiệm hay một mô hình tốt hơn. “Trận chiến đã khai cuộc,” Ringwald nói.

Theo Shannon Hall – New Scientist ngày 29/10/2016