Dibaryon - đi tìm những hạt không nhìn thấy

Dibaryon

Ảnh minh họa một dibaryon H, một hạt trên lí thuyết gồm hai quark, hai quark down, và hai quark lạ. Ảnh: 2011 Keiko Murano

Ở cấp độ cơ bản nhất của nó, vật chất gồm những hạt gọi là quark. Các nhà vật lí hạt cơ bản nhắc đến sáu loại “mùi” khác nhau: lên (up), xuống (down), duyên (charm), lạ (strange), đỉnh (top) và đáy (bottom). Các proton và neutron tìm thấy trong hạt nhân nguyên tử là những thí dụ của một họ hạt gọi là baryon: những hạt gồm ba quark. Hai baryon liên kết với nhau được gọi là dibaryon, nhưng cho đến nay người ta chỉ mới tìm thấy một dibaryon: một proton và neutron liên kết có tổng cộng ba quark up và ba quark down.

Các mô hình cho thấy những tính chất vật lí tiềm năng của các dibaryon, như khối lượng và năng lượng liên kết của chúng, là quan trọng nếu có nhiều hạt như thế này được phát hiện ra trong tương lai. Về phương diện này, chương trình hợp tác của nhóm Tetsuo Hatsuda thuộc Viện Khoa học Máy gia tốc RIKEN Nishina ở Wako, Nhật Bản, đã phát triển những mô phỏng làm sáng tỏ thêm về một ứng cử viên có triển vọng: dibaryon H, gồm hai quark up, hai quark down, và hai quark lạ (xem hình).

Cơ sở động lực học của các quark được mô tả bằng một lí thuyết phức tạp gọi là sắc động lực học lượng tử (QCD). Tuy nhiên, các mô phỏng trở nên khó thực hiện khi cần xử lí thêm nhiều hạt trong bài toán: những dibaryon với sáu quark đang được kiểm tra đặc biệt. Hatsuda và các đồng nghiệp của ông đã sử dụng một phương pháp gọi là QCD mạng trong đó không gian và thời gian được xét như một mạng lưới những điểm rời rạc. Họ đơn giản hóa việc tính toán bằng cách giả định rằng tất cả các quark có khối lượng bằng nhau, nhưng quark lạ thật ra thì nặng hơn quark up và quark down. “Chúng ta biết từ những nghiên cứu lí thuyết trước đây rằng năng lượng liên kết sẽ là lớn nhất trong trạng thái khối lượng bằng nhau”, Hatsuda nói. “Nếu chúng ta không tìm thấy trạng thái liên kết trong trường hợp khối lượng bằng nhau, thì sẽ không có hi vọng rằng trạng thái liên kết đó tồn tại trong trường hợp khối lượng không bằng nhau trên thực tế”.

Kết quả từ những mô phỏng của nhóm hợp tác trên cho thấy năng lượng toàn phần của dibaryon H nhỏ hơn năng lượng kết hợp của hai baryon riêng rẽ, xác nhận rằng dibaryon H là bền về mặt năng lượng. “Tiếp theo, chúng tôi hi vọng tìm thấy năng lượng liên kết đối với những khối lượng quark không bằng nhau, đây là một trong những thử thách chính trong các mô phỏng QCD dạng số”, Hatsuda bổ sung thêm.

Nguồn: RIKEN, PhysOrg.com