Có boson Higgs trong không gian vũ trụ hay không?

Các nhà vật lí tại Máy Va chạm Hadron Lớn, một máy gia tốc hạt ở gần Geneva, Thụy Sĩ, cho biết họ đã có vết tích ‘nóng bỏng’của một hạt sơ cấp khó nắm bắt gọi là boson Higgs. Chỉ là vấn đề thời gian trước khi họ có trong tay “hạt thần thánh” khét tiếng đó. Nhưng sau một năm va chạm hạt và đấu trí tại LHC, một câu hỏi đặt ra là liệu có cách nào dễ hơn hay không. Thay vì xây dựng một máy va chạm năng lượng cao, dài 18 dặm để tạo ra một hạt Higgs từ vô số va chạm hạt, sao chúng ta không tìm kiếm một hạt như thế ở trong tự nhiên?

Và nếu được thì chúng ta nên tìm ở những vùng không gian nào?

Mô phỏng của một va chạm hạt bên trong Máy Va chạm Hadron Lớn. Khi hai proton va chạm bên trong cỗ máy, chúng tạo ra một vụ nổ năng lượng cao làm phát sinh những hạt mới và lạ - trong đó, có lẽ, có boson Higgs. Ảnh: CERN

John Gunion, tác giả thứ nhất của tập sách “Chỉ dẫn Săn tìm Boson Higgs” (Basic Books, 1990) và là giáo sư vật lí tại trường Đại học California, Davis, cho biết boson Higgs thường xuyên thoắt ẩn thoắt hiện trong khắp cõi không gian. Các thăng giáng lượng tử - những vụ nổ năng lượng nhất thời từ hư vô mà cơ học lượng tử cho phép – gây ra những cặp hạt tự phát sinh ra từ chân không, sau đó hủy lẫn nhau ngay. Vì những hạt Higgs trời sinh này có năng lượng cực cao, nên các quy tắc của cơ học lượng tử tuyên bố rằng chúng không lảng vảng trong môi trường lâu như những hạt nhẹ khác vẫn hành xử. Cho nên, nếu bạn là một người săn tìm hạt Higgs, bạn có bao nhiêu thời gian để bắt gặp những boson này trước khi chúng biến mất? “Ngắn hơn một phần nghìn tỉ của một phần nghìn tỉ của một giây,” Gunion nói.

Gordon Kane, một giáo sư vật lí tại trường Đại học Michigan và là đồng tác giả của quyển “Chỉ dẫn Săn tìm Boson Higgs”, cho biết một thăng giáng là hiếm gặp ở một nơi bất kì. “Nhưng có rất nhiều nơi nó có thể xảy ra (trong toàn không gian), cho nên nói chung nó xảy ra rất thường xuyên, nhưng bạn không có ở đó để thấy nó.”

Ngoài những hiệu ứng lượng tử kì lạ, còn có một số sự kiện khác trong vũ trụ sản sinh boson Higgs. “Lỗ đen giải phóng những cặp boson Higgs, trong số nhiều thứ khác,” Gunion nói. “Chúng tạo ra những hạt Higgs này tại chân trời sự kiện của chúng, và nếu bạn đặt một máy dò ở đó, bạn sẽ nhìn thấy chúng. Nhưng máy dò đó sẽ bị nhanh chóng lỗ đen nuốt mất.”

Thật không may, chúng ta không thể nhắm kính thiên văn mặt đất của mình vào các lỗ đen và hi vọng bắt gặp một boson Higgs, vì hạt Higgs đã phân hủy từ lâu trước khi đi tới đây.

Sao siêu mới, những vụ nổ của những ngôi sao đang chết, tạo ra những vụ nổ hạt chuyển động đủ nhanh để tạo ra boson Higgs khi chúng va chạm nhau. (Hãy tưởng tượng những va chạm tại LHC, nhưng diễn ra trong không gian) Tuy nhiên, việc nhìn gần vào một boson Higgs từ sao siêu mới cũng khó khăn như nhìn vào nó từ lỗ đen vậy. Máy dò của bạn sẽ phải đặt kế sao siêu mới nhắm chính xác vào nơi và nhắm đúng thời điểm để nhìn thấy hạt Higgs trước khi nó phân hủy. Và rồi, tất nhiên, máy dò đó sẽ bị phá hủy bởi vụ nổ của ngôi sao.

Cuối cùng, có lẽ câu hỏi sâu sắc nhất là tại sao boson Higgs – những hạt thu hút quá nhiều sự chú ý từ phía các nhà khoa học vì chúng là hạt mang lại khối lượng cho tất cả những hạt khác – không tồn tại ở mọi nơi mọi lúc. Nói tóm lại, nếu không có boson Higgs ở trong tôi, thì tại sao tôi không cân nặng zero kilogram?

“Đó là một câu hỏi phức tạp,” phát biểu của Craig Blocker, một nhà vật lí săn tìm Higgs tại trường Đại học Brandeis. “Câu hỏi đó phải trả lời với cơ học lượng tử. Theo thuyết lượng tử, tất cả các hạt tương ứng với cái chúng ta gọi là các trường. Thí dụ, trường điện từ là cái mà những photon (hạt ánh sáng) tương ứng với, và hạt Higgs tương ứng với trường Higgs. Mỗi hạt có một trường riêng của nó, và đa số các trường có mọi nơi mọi lúc. Nhưng bạn phải có đủ năng lượng để kích thích những trường đó để nó trông như một hạt đối với chúng ta. Nếu không chúng ta sẽ không biết trường có mặt ở đó.”

Các thăng giáng lượng tử, các lỗ đen và sao siêu mới đều có cái cần thiết để làm cho trường Higgs trông giống như một hạt Higgs. Tuy nhiên, vì những sự kiện này xảy ra ở quá xa và trong thời gian quá ngắn, nên có lẽ LHC là ván bài tốt nhất của chúng ta.

Theo Space.Com

Bài trước | Bài kế tiếp