Boson Higgs ‘bị dồn tới chân tường’ tại Grenoble

LHC

(Ảnh: CERN/Maximilien Brice)

Dữ liệu mới nhất từ những thí nghiệm tại Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) đã thu hẹp đáng kể không gian dành cho hạt boson Higgs ẩn náu – đó là tin tức thông báo từ Hội nghị Vật lí châu Âu về Vật lí Năng lượng cao diễn ra ở Grenoble, Pháp.

Boson Higgs là một hạt giả thuyết có sự tồn tại sẽ mang lại mảnh còn thiếu cuối cùng trong Mô hình Chuẩn đã gần 40 năm tuổi của ngành vật lí hạt cơ bản. Nó là lời giải thích đơn giản nhất cho cách thức sự đối xứng điện yếu bị phá vỡ thời vũ trụ rất sơ khai, mang lại khối lượng cho các hạt sơ cấp.

Những kết quả mới còn gợi ý rằng boson khét tiếng trên có lẽ đang xuất đầu lộ diện trong những va chạm hạt xảy ra tại LHC ở sâu bên dưới lòng đất biên giới Pháp-Thụy Sĩ gần Geneva.

Tại máy va chạm Tevatron thuộc Fermilab ở Mĩ, các thí nghiệm CDF và D0 đã và đang loại trừ những khối lượng Higgs có thể có trong vài năm trở lại đây. Vào sáng thứ sáu 22/7, các nhà vật lí CDF và D0 đã trình bày những kết quả mới nhất của họ tại Grenoble, loại trừ vùng khối lượng 157 – 174 GeV và 162 – 170 GeV (tương ứng với từng thí nghiệm). Những tìm kiếm trực tiếp tại cỗ máy va chạm trước đây của CERN, LEP, bác bỏ khối lượng Higgs dưới khoảng 115 GeV, còn những ràng buộc gián tiếp từ những phép đo chính xác của những thông số Mô hình Chuẩn khác thì cho rằng Higgs không nặng hơn khoảng 180 GeV.

LHC đã chạy khá tốt trong những tháng gần đây với bốn máy dò hạt khổng lồ của nó thu thập lượng dữ liệu mỗi ngày còn nhiều hơn dữ liệu thu thập trong toàn năm ngoái. Mặc dù LHC chưa thu thập nhiều dữ liệu như Tevatron, nhưng những va chạm năng lượng cao hơn của nó (7 TeV so với 2 TeV) có khả năng tạo ra boson Higgs lớn hơn và vì thế LHC có sức mạnh lớn hơn để loại trừ những khoảng khối lượng nhất định.

Thật vậy, thí nghiệm ATLAS của LHC nay đã bác bỏ các vùng 155-190 GeV và 295-450 GeV, trong khi thí nghiệm CMS chị em của nó bác bỏ hạt Higgs trong ngưỡng 149-206 GeV và 300-440 GeV. “Cuối cùng thì LHC đã tham gia vào trò chơi Higgs, mang lại những ràng buộc trực tiếp đầu tiên trong vùng khối lượng mà thí nghiệm từng đạt tới”, phát biểu của Dave Charlton, phát ngôn viên của thí nghiệm ATLAS. “Dữ liệu chỉ mới thu gom cho tới ba tuần trước nên còn nhiều thứ chúng ta phải khảo sát kĩ lưỡng, và nếu hạt Higgs tồn tại thì nay chúng ta đã có những gợi ý rằng chúng ta nên nhìn tỉ mỉ hơn vào vùng 130-150 GeV”.

Thật thú vị, cả hai thí nghiệm đều nhìn thấy nhiều sự kiện trên phông nền hơn một chút so với trông đợi trong vùng khối lượng thấp này nếu như hạt Higgs không tồn. Độ tin cậy của sự vượt mức đó là khoảng 2,7 sigma, nghĩa là có chừng 8% khả năng sự vượt mức đó là do những thăng giáng tình cờ của dữ liệu gây ra. Đó chẳng là gì so với tiêu chuẩn vàng 5 sigma cho một khám phá, nhưng thực tế cả ATLAS và CMS đều nhìn thấy kiểu kết quả như nhau đã mang lại sự phấn khích thấy rõ tại hội nghị Grenoble.

“Nó có thể là một thăng giáng ngẫu nhiên của phông nền hoặc nó có thể là cái gì đó chung trong cách hai thí nghiệm mô phỏng phông nền, nhưng nó cũng chính là cái bạn muốn thấy nếu hạt Higgs khối lượng thấp bắt đầu tự trình hiện”, phát biểu của cộng tác viên CMS, Gigi Rolandi. Không có sự kiện vượt mức nào được ATLAS hoặc CMS nhìn thấy ở những khối lượng cao hơn.

Với máy va chạm Tevatron của Fermilab sắp đóng cửa vào mùa thu tới, cuộc chạy đua xuyên đại dương tìm phần thưởng Higgs vẫn chưa dừng lại, trừ khi tồn tại hạt Higgs với khối lượng rất thấp. ATLAS và CMS sẽ tiến hành kết hợp những kết quả của họ kịp lúc cho hội nghị Lepton-Photon ở Mumbai vào tháng tới, khi ấy chúng ta sẽ có gấp đôi lượng dữ liệu cần thiết. “Giả sử LHC tiếp tục chạy như hiện nay, vào cuối tháng 10 tới chúng ta sẽ biết hạt Higgs có tồn tại hay không thôi”, Rolandi nói.

Nguồn: physicsworld.com