Liệu LHC có tìm thấy siêu đối xứng?

Những kết quả đầu tiên về siêu đối xứng thu được ở LHC đang được phân tích bởi các nhà vật lý cho thấy lý thuyết này đang có vấn đề. Dự liệu từ các va chạm proton trong cả thí nghiệm CMS và ATLAS không tìm thấy bằng chứng cho các hạt đồng hành siêu đối xứng hay các s-hạt, được tiên đoán bởi Mô hình chuẩn mở rộng của vật lý hạt.

Siêu đối xứng hay SUSY là một hướng thu hút vì nó mang lại lời giải cho ‘vấn đề hierarchy’ của vật lý hạt, cung cấp một biện pháp để thống nhất lực mạnh và lực yếu và thậm chí chứa cả vật chất tối. Một kết quả quan trọng của lý thuyết là mỗi hạt đã biết có ít nhất một hạt đồng hành hay còn gọi là các s-hạt. Ví dụ, hạt neutrino quen thuộc có hạt đồng hành, chưa tìm thấy là neutrolino. Các s-hạt được chờ đợi có khối lượng khoảng 1 TeV, có nghĩa là chúng có thể được tạo thành từ LHC.

Trong tháng Một, tập thể CMS sẽ báo cáo nghiên cứu của h ọ về các hạt đồng hành của quark và gluon, gọi là các squark và các gluino, trong cá máy dò hạt của họ. Nếu các s-hạt nặng được sinh ra trong các va chạm proton, chúng được chờ đợi sẽ phân hủy ra các quark, gluon cũng như ánh sáng và cả neutrolino bền.

susy1

SUSY đang ẩn dưới 'mớ bòng bong' thu được từ LHC?

Câu trả lời SUSY cho vật chất tối

Các quark và gluon sử dụng năng lượng để liên kết nhờ vào khối lượng của các s-hạt bằng cách tạo ra một thác các hạt khác, tạo nên các chùm tia trong các máy dò. Nhưng các neutrolino là câu trả lời của siêu đối xứng cho phần khối lượng không nhìn thấy của vũ trụ, còn gọi là vật chất tối. chúng thoát khỏi tầm vây bắt của các máy dò, sự hiện diện của chúng chỉ được nhận ra nhờ vào ‘năng lượng bị mất’ trong các máy dò.

Các nhà vật lý ở CMS đang săn tìm SUSY trong các dữ liệu va chạm bằng cách tìm kiếm hai hay nhiều chùm tia như vậy, gắn liền với phần năng lượng bị mất. Thật không may, số các va chạm để đáp ứng điều kiện này chẳng lớn hơn mấy so với mong đợi khi chỉ xét đến vật lý của MÔ hình chuẩn. Như một kết quả, CMS chỉ có thể báo cáo một vài giới hạn mới trong tầm biến thiên của SUSY được gọi giới hạn chung của mô hình chuẩn siêu đối xứng tối thiểu(hay CMSSM) với siêu hấp dẫn tối thiểu (mSUGRA).

Nhóm ATLAS lựa chọn một phân hủy khả dĩ khác cho giả thiết s-hạt; họ nghiên cứu một điệnt ử hoặc họ hàng nặng hơn của chúng, hạt muon, xuất hiện cùng nhau như là một tia và phần năng lượng bị mất. ATLAS nhìn thấy vài sự kiện xuất hiện trong nghiên cứu của họ có thể đặt ra giới hạn tốt hơn, cho thấy khối lượng của gluino dưới 700GeV, với giả thiết trong mô hình CMSSM và mSUGRA, khối lượng của squark và gluino là như nhau.

Điềm tốt hay xấu?

Nhiều người cho rằng những giới hạn này không phải là điềm xấu cho SUSY. Dạng tổng quát nhất của lý thuyết đòi hỏi cả hàng trăm biến số, vì vậy các lý thuyết con của nó cần được xem xét với ít biến số hơn với những tiên đoán có thể kiểm nghiệm được.

Nhà khoa học Dorigo thuộc CMS cho rằng có một vài nguyên nhân dẫn đến kết quả chưa như mong muốn này. Siêu đối xứng phải bị ‘phá vở’, tạo thành các s-hạt nặng hơn nhiều so với các hạt đồng hành của chúng. Có lý do để điều này xảy ra với cùng thang năng lượng của việc phá vở đối xứng điện yếu, là điểm mà các hạt mang lực yếu trở nên nặng hơn trong khi các photon (hạt mang tương tác điện từ.ND) không có khối lượng.

Điều này được cho kà có thể xảy ra quanh mức năng lượng 250GeV. “Nhưng các kết quả thu được ở LHC nói với chúng ta rằng các hạt đồng hành siêu đối xứng phải nằm trên cả thang của lực yếu”, Strumia ở Viện quốc gia hóa lý và vật lý sinh học cho biết.

Dorigo chú thích rằng mặc dù SUSY cho phép các hạt khối lượng lớn, mà thuận lợi chính của nó trong việc giải quyết các vấn đề heirarchy là ‘tự nhiên’ hơn đối với các hạt có khối lượng gần với thang lực yếu. Vấn đề heirarchy bao gồm các hạt ảo chi phối khối lượng cho các boson Higg. Trong khi các hạt đồng hành siêu đối xứng lại loại bỏ khả năng này, mô hình sẽ trở nên rất phức tạp nếu các hạt đồng hành quá nặng.

John Ellis ở CERN và Cao đẳng King ở London không đồng tình với các kết thu được ở LHC sẽ mang lại bất kỳ vấn đề mới nào cho siêu đối xứng. Vì LHC tạo ra các va chạm rất mạnh giữa các quark và các gluon bên trong proton, nên dễ dàng tạo ra các tương tác mạnh giữa các hạt đồng hành với chúng, squark và gluino. Tuy nhiên, trong nhiều mô hình của các hạt đồng hành siêu đối xứng của electron, muon và photon là nhẹ hơn, và khối lượng của chúng có thể vẫn gần với thang lực điện yếu, ông cho biết.

Những nghiên cứu thí điểm

Matchev, cũng thuộc CMS, giải thích rằng các vật lý mới được chờ đợi ở thang 1 – 3TeV, tầm năng lượng mà các thí nghiệm ở LHC đang bước vào. Thực tế, ông lưu ý rằng trong 14 nghiên cứu thí điểm cho siêu đối xứng của CMS, các dữ liệu chỉ mới được khai thác một nữa.

“Trong vòng 3 năm, nếu chúng ta xem xét hết các nghiên cứu thí điểm, chừng đó chúng ta mới có thể nói được rằng sự kì vọng có phải là tốt hay không. Hiện nay, mọi thứ chỉ mới bắt đầu,”Matchev cho biết.

Nhưng chẳng mấy ai lạc quan về khả năng khám phá ra SUSY. “Chúng ta sẽ thu được sự thất vọng, trong một vài năm tới,” Dorigo tiên đoán một cách ngờ vực về lý thuyết vì nó đưa ra quá nhiều hạt mới mà những dữ liệu không đưa ra một ‘hướng dẫn’ nào cả. Tuy nhiên, thậm chí dù cho phải mất cả 1000$ đánh cược, ông nói rằng ông sẽ là một trong những người đầu tiên ăn mừng nếu LHC tìm thấy các s-hạt.

Các kết quả của CMS và ATLAS đăng trên arXiv.

Tác giả: Kate McAlpine

Người dịch: Thới Ngọc Tuấn Quốc - Thuvienvatly.com

Theo physicsworld.com