Tháng 12/2011, boson Higgs đã trở lại khán đài vật lí khi những gợi ý của hạt này xuất hiện trong đám mảnh vỡ của những va chạm proton tại cỗ máy va chạm hạt mạnh nhất thế giới – Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) ở gần Geneva, Thụy Sĩ.
Không có thêm va chạm mới nào kể từ đó, nhưng các nhà nghiên cứu ở hai máy dò hạt chính của LHC đã khảo sát kĩ hơn dữ liệu hiện có, đưa đến hai phân tích mới về hạt Higgs công bố hôm thứ ba vừa qua. Sau đây, tạp chí New Scientist giải đáp những cái chúng ta có thể và không thể kết luận về hạt Higgs mà nhiều người đang quan tâm.
Dấu hiệu của boson Higgs chăng? (Ảnh: Thomas McCauley, Lucas Taylor/CERN)
Nhắc lại tin sốt dẻo hổi tháng 12 cái nào?
Boson Higgs là mảnh còn thiếu của mô hình chuẩn của ngành vật lí học, lí thuyết hàng đầu lí giải các hạt và các lực tương tác như thế nào. Hạt Higgs được cho là đã mang khối lượng đến cho những hạt khác nhưng cho đến nay, nó chưa từng được quan sát thấy, nên khối lượng – và sự tồn tại – của nó vẫn chưa được xác nhận.
Hồi tháng 12, hai máy dò hạt chính tại LHC, CMS và ATLAS, mỗi bên đều báo cáo sự dư thừa những sự kiện, ví dụ như sự xuất hiện của một cặp photon trong mảnh vỡ từ những va chạm hạt. Những sự kiện thừa này có thể là do một hạt Higgs với khối lượng chừng 125 gigaelectron volt (GeV; khối lượng hạt và năng lượng có thể xem là hoán đổi cho nhau).
Tốt. Vậy câu chuyện kết thúc chưa?
Còn lâu. Vì cũng có nhiều phản ứng thông thường có thể tạo ra những sự kiện như thế, nên chúng không cung cấp bằng chứng dứt khoát cho hạt Higgs.
Vả lại, các nhà nghiên cứu chỉ dám tuyên bố một khám phá khi độ lệch chuẩn đạt tới ý nghĩa thống kê 5 sigma, nghĩa là có chưa tới 1 trong một triệu cơ hội nó chỉ là một sự tình cờ ngẫu nhiên. Cỡ độ lệch chuẩn mà hai máy dò hạt trên báo cáo hồi tháng 12 là 1,9 sigma đối với CMS và 2,5 sigma đối với ATLAS, nghĩa là xác suất tình cờ ngẫu nhiên cỡ chừng 1%.
Vậy kết quả mới nhất là gì?
Sau khi xem xét dữ liệu kĩ càng hơn, đội ATLAS tìm thấy cần một chút hiẹu chỉnh, nhưng vẫn giữ nguyên ý nghĩa thống kê 2,5 sigma như trước đó. Nhưng phân tích CMS báo cáo một số sự kiện nữa không được phân tích trong lần công bố hồi tháng 12 của LHC. Những sự kiện này có thể là do một boson Higgs chừng 125 GeV phân hủy thành một cặp photon – sau khi được tạo ra từ sự va chạm của hai hạt gọi là boson W và boson Z, những hạt truyền lực yếu.
Thêm những sự kiện này vào phân tích hồi tháng 12 mang lại một sự tăng nhỏ thôi đối với ý nghĩa thống kê chung của gợi ý Higgs của CMS, giá trị đó nay là 2,1 sigma. “Đó chẳng phải là một khác biệt gì lớn lao,” phát biểu của Greg Landsberg thuộc trường Đại học Brown ở Providence, Rhode Island, một nhà nghiên cứu thuộc đội CMS.
Còn 4,3 sigma nghe nói gần đây là có đúng không?
Một blog đăng trên website Nature hôm thứ ba phát biểu rằng một sự tổng hợp không chính thức của hai kết quả trên mang lại ý nghĩa 4,3 sigma. Nhưng Pauline Gagnon thuộc đội ATLAS cho biết hãy còn sớm để đi tới kết luận đó trước hội nghị Moriond ở La Thuile, Italy, vào tháng 3 tới. “Việc kết hợp hai thí nghiệm trên có thể diễn ra sau tuần đầu tiên của tháng 3, chứ không diễn ra sớm hơn,” bà nói. “Cho đến khi đó, nó chỉ là dự đoán của ai đó mà thôi.”
Việc kết hợp kết quả CMS với ATLAS sẽ làm tăng ý nghĩa thống kê hay không?
Không nhất thiết, Landsberg nói. Hai máy dò trên không nhìn thấy một sự dư thừa cùng một khối lượng chính xác: CMS nhìn thấy 124 GeV, ATLAS nhìn thấy 126 GeV. Điều đó có thể là do sai số trong các phép đo khối lượng của ít nhất một trong hai máy dò, trong trường hợp đó thì việc phân tích thêm có thể mang hai kết quả đến khớp với nhau.
Một khả năng nữa là chúng đều đang nhìn thấy những sự tình cờ diễn ra biểu hiện ở khối lượng gần như bằng nhau. “Bạn phải sàng lọc kĩ lưỡng qua những nguồn sai số khác nữa,” Landsberg cảnh báo như vậy, nếu muốn có câu trả lời rõ ràng hơn.
Khi nào chúng ta sẽ biết hạt Higgs có tồn tại hay không?
Cần có nhiều dữ liệu hơn nữa. LHC sẽ bắt đầu hoạt động trở lại vào cuối tháng 3 hoặc đầu tháng 4 tới sau kì nghỉ dưỡng mùa đông của nó. Các viên chức CERN vẫn đang cố gắng để có quyết định tăng năng lượng của những va chạm của năm nay từ 7000 GeV lên 8000 GeV. Quyết định sẽ được công bố trong tuần này, theo Laurent Serin thuộc Viện Hạt nhân và Vật lí Hạt cơ bản của Pháp.
Nếu boson Higgs tồn tại, thì các va chạm ở năng lượng cao hơn sẽ tạo ra nhiều hạt Higgs hơn, khiến dễ phát hiện ra nó hơn. Theo Landsberg, LHC sẽ xác nhận hoặc bác bỏ hạt Higgs vào cuối năm 2012. “Đúng là một năm rất hồi hộp, và hi vọng ngày này năm sau tôi có thể đọc những bài báo khám phá mới,” Landsberg nói.
Tham khảo: CMS report, arxiv.org/abs/arXiv:1202.1488; ATLAS report, arxiv.org/abs/arXiv:1202.1408
Hoài Ân – thuvienvatly.com
Nguồn: New Scientist
