Hôm 14/12, tại CERN đã diễn ra một seminar đặc biệt công bố những dấu hiệu ‘trêu ngươi’ của boson Higgs. Dựa trên gần như toàn bộ dữ liệu thu thập từ trước đến nay – mảnh vỡ của chừng 500 nghìn tỉ va chạm proton-proton – các thí nghiệm ATLAS và CMS tại Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) nay đã loại trừ hạt Higgs ở khối lượng tương ứng nằm ngoài vùng hẹp giữa 115–130 GeV/c2 và 115–127 GeV/c2. Các phân tích thể hiện một sự thu hẹp đáng kể nơi ẩn náu có thể có của hạt Higgs so với tình trạng cách đây vài tháng trước.
“Chúng tôi thích hạt Higgs nằm trong ngưỡng này, nhưng còn quá sớm để đưa ra kết luận,” phát ngôn viên ATLAS Fabiola Gianotti nói trước vài trăm quan khách tập trung trong thính phòng chính của CERN. Hạt Higgs là kết quả có thể quan sát của một thủ thuật toán học bảo toàn sự đối xứng trong các phương trình của những hạt sơ cấp được mã hóa bởi Mô hình Chuẩn của ngành vật lí hạt. Boson Higgs nặng hơn khoảng 600 GeV/c2 cho đến nay vẫn chưa bị loại trừ, nhưng không được ưa chuộng bởi những điều chỉnh gián tiếp dựa trên các phép đo Mô hình Chuẩn.
Hai chương trình thí nghiệm hợp tác cũng đã công bố cái có thể là những dấu hiệu trực tiếp của hạt Higgs Mô hình Chuẩn ẩn sáu trong vùng khối lượng thấp còn lại, đó là nơi lí thuyết đề xuất nó xuất hiện. Mặc dù các nhà vật lí nhấn mạnh rằng dữ liệu chưa đủ để đưa ra một phát biểu kết luận có tồn tại hạt Higgs hay không, nhưng các nhà nghiên cứu khó có thể che giấu cảm xúc hào hứng của họ về những chỗ lồi nhỏ xíu trong các đồ thị của họ. Vậy thì đây rốt cuộc là một cái có thực, hay các nhà vật lí một lần nữa đang bị chòng ghẹo bởi hạt boson khét tiếng cho đến nay vẫn chỉ là tưởng tượng này?
Phát ngôn viên ATLAS Fabiola Gianotti phát biểu tại CERN. Ảnh: CERN
Những dấu hiệu và hi vọng
“Hãy còn quá sớm để mà chắc chắn,” phát biểu của nhà lí thuyết Matt Strassler thuộc trường Đại học Rutgers ở Mĩ. “Nhưng cũng hãy còn quá sớm để mà hi vọng.” Thật vậy, lịch sử đã từng nhắc nhở điều đó. Nói cho cùng, hồi cuối năm 200, chính thính phòng CERN cũng là nơi diễn ra một seminar về những dấu hiệu có khả năng từ tiền thân của LHC – máy va chạm Electron-Positron Lớn (LEP). Những dấu hiệu trêu ngươi đã được các nhà vật lí LEP báo cáo cho hạt Higgs là ở khối lượng khoảng 115 GeV/c2, nhưng sau khi phân tích thêm dữ liệu thì cuối cùng những kết quả này tỏ ra không mấy ý nghĩa và để lại cho các nhà vật lí giới hạn dưới hiện nay về khối lượng của hạt Higgs.
Một số dấu hiệu tiềm năng khác của hạt Higgs tại những cỗ máy va chạm khác cũng đã xuất hiện kể từ đó. Vào năm 2007, chẳng hạn, máy va chạm proton-phản proton Tevatron ở Fermilab, Chicago, đã gợi ý một hạt Higgs với khối lượng 160 GeV/c2, rồi hai năm sau cũng chính cỗ máy này đã bác bỏ khối lượng này và những khối lượng lân cận. Trong khi đó, hồi tháng 7 năm nay, cả ATLAS và CMS đều báo cáo những dấu hiệu tiềm năng của một hạt Higgs chừng 140 GeV/c2, trong trong vài ba tuần, những gợi ý đó đã lu mờ dần sau khi phân tích thêm dữ liệu, và hồi năm ngoái Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) đã bác bỏ bất kì niềm hi vọng nào tìm thấy một hạt Higgs ở khối lượng này.
Ý nghĩa thống kê
Một số nhà vật lí đã phải giành chỗ trong thính phòng CERN từ lúc 8 giờ sáng hôm 14/12 và lực lượng bảo an phải cáu kính suốt hơn hai giờ đồng hồ trước khi sự kiện diễn ra vào buổi chiều. Kết quả thông báo nói về sự dư thừa những “sự kiện” va chạm LHC phù hợp với sự sản sinh và phân hủy của một hạt Higgs với khối lượng khoảng 125 GeV/c2. “Trước đây, chúng tôi đã từng nhìn thấy những thăng giáng giống như vậy, nhưng nay nó còn giống như trước vì các thí nghiệm đang bước vào một vùng có độ nhạy rất cao,” phát ngôn viên CMS Guido Tonelli nói.
Ý nghĩa thống kê của những dấu hiệu Higgs mới nhất không quá khác so những lần nhìn thấy trước đây: khoảng 2σ điểm, nghĩa là có xác suất một vài phần trăm trong những chỗ lồi như thế trong dữ liệu sẽ xuất hiện trong vùng khối lượng đó do các thăng giáng trong những quá trình phông nền. Những ước tính ít bảo thủ hơn – 3,6σ trong trường hợp ATLAS – thu được nếu người ta trích dẫn “xác suất cục bộ”, nghĩa là xác suất thu được một thăng giáng như thế tại một giá trị khối lượng nhất định. Nhưng có lí do hợp lí biện giải tại sao nhiều nhà vật lí nghĩ rằng những chỗ lồi mới nhất đó có thể sẽ mờ nhạt dần nếu các va chạm được duy trì trở lại vào mùa xuân tới, sau đợt nghỉ mùa đông theo lịch của LHC.
Những lí do để mà hân hoan
Lí do thứ nhất là cả hai thí nghiệm, chúng độc lập nhau và sử dụng những kĩ thuật phân tích khác nhau, đều nhìn thấy những dấu hiệu tại những khối lượng giống nhau: tương ứng chừng 126 và 124 GeV/c2 cho ATLAS và CMS. Thứ hai là các thí nghiệm nhìn thấy một sự dư thừa những sự kiện trong nhiều hơn một kênh phân hủy độc lập của hạt Higgs – có một số cách trong đó hạt Higgs sẽ tiết lộ nó bên trong các máy dò. Những dấu hiệu nổi bật nhất là khoảng 125 GeV/c2 có từ những sự kiện nơi hạt Higgs được cho là đã phân hủy thành một cặp photon, nhưng ATLAS cũng nhìn thấy hiệu ứng đó trong một kênh nơi hạt Higgs phân hủy thành hai boson Z, rồi sau đó phân hủy thành các lepton như electron chẳng hạn.
Nhà săn tìm hạt Higgs kì cựu Sau Lan Wu thuộc đội ATLAS cho biết thực tế có một tín hiệu tiềm năng trong hai kênh là “kích thích nhất”, nhất là CMS cũng nhìn thấy cái gì đó ở một khối lượng bằng như vậy. “Tôi cảm thấy hào hứng và lạc quan trước việc có một hạt Higgs khối lượng thấp khoảng 126/125 GeV/c2, nhưng sự phán xét cuối cùng sẽ chỉ có vào nửa cuối năm 2012,” bà nói. Thật vậy, cho đến khi ấy sẽ có nhiều kênh phân hủy hơn được phân tích với cơ sở dữ liệu đầy đủ năm 2011. Các nhà nghiên cứu CMS cho biết dữ liệu trên tất cả các kênh sẽ mang lại bức tranh phù hợp. “Chúng tôi đang quan sát thấy đúng cái mà chúng tôi trông đợi nếu chúng tôi đưa một hạt Higgs khối lượng 124 GeV/c2 vào dữ liệu,” phát biểu của Vivek Sharma thuộc đội CMS.
Tuy nhiên, CMS cũng nhìn thấy một sự dư thừa nhỏ thôi ở khoảng 119 GeV/c2 trong kênh ZZ, và thực tế những chỗ lồi chính của CMS và ATLAS không khớp nhau hoàn toàn cũng khiến một nhà vật lí đứng ngồi không yên. “Bức tranh có cái gì đó ngượng nghịu,” lí giải của Patrick Janot thuộc thí nghiệm CMS, người đã săn lùng hạt Higgs trong 20 năm qua. “Chúng ta nhìn thấy cái gì đó ở 119, 126 và 124 GeV/c2, nhưng mỗi cái tương thích với bất cứ thứ gì. Người ta đang quá nhiệt tình rồi. Đây không phải là những gợi ý gì mạnh – LEP từng có một ý nghĩa Higgs còn lớn hơn. Hãy chờ thêm dữ liệu đã.”
Cần làm việc thêm
Không giống như LEP hồi năm 200, khi cơn sốt Higgs xảy ra ngay sau khi cỗ máy ngừng hoạt động theo kế hoạch, nay LHC đang mới bắt đầu cuộc sống của nó và chắc chắn hoặc sẽ tìm thấy hạt Higgs Mô hình Chuẩn hoặc là bác bỏ nó. Nếu hạt Higgs thật sự tồn tại, sẽ mất thời gian đáng kể để hiểu chính xác nó là cái gì, chẳng hạn bằng cách đi nhiều cách trong đó nó tương tác với những hạt khác. Chỉ khi đó các nhà vật lí mới biết hạt đó có phải là hạt Higgs cơ bản để hoàn tất Mô hình Chuẩn hay nó là cái gì đó phức tạp hơn có thể mở ra cánh cửa bước sang một lí thuyết khái quát hơn nằm ngoài Mô hình Chuẩn, chẳng hạn, có thể xử lí bí ẩn của vật chất tối.
“Nếu hạt Higgs nhẹ như dữ liệu hiện nay đề xuất, thì điều này rất quan trọng trên phương diện lí thuyết vì nó có nghĩa là phải có một nền vật lí mới,” Gigi Rolandi thuộc đội CMS phát biểu. “Nếu hạt Higgs nhẹ hơn 127 GeV/c2, thì Mô hình Chuẩn bị phá vỡ tại [năng lượng] khoảng 108 GeV/c2."
Trên dòng sự kiện
Một khác biệt nữa trong tìm kiếm Higgs hiện nay so với hồi thập kỉ trước là sự quan tâm to lớn từ ngoài CERN – hơn 110.000 người đã theo dõi webcast của seminar hôm 14/12. “Báo giới đã chớp lấy thời cơ và tường thuật rằng nên khoa học đích thực đang diễn ra,” trưởng ban truyền thông của CERN James Gillies nói.
Nguồn: physicsworld.com
