Đề xuất xây dựng LEP3 thay thế LHC

Một nhóm nhà vật lí người Thụy Sĩ, Nhật Bản, Nga, Mĩ và Anh vừa đề xuất sử dụng tầng hầm hiện đang chứa Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) tại phòng thí nghiệm vật lí hạt CERN ở gần Geneva cho một cỗ máy chuyên nghiên cứu boson Higgs. Cơ sở mới được đặt tên là LEP3, theo tên máy gia tốc trước đây của CERN, Máy Va chạm Electron-Positron Lớn (LEP), cỗ máy nằm trong tầng hầm LHC hiện nay trước khi ngừng hoạt động hồi năm 2000. Trong một nghiên cứu sơ bộ đệ trình lên Nhóm Soạn thảo Chiến lược châu Âu, những người hậu thuẫn của LEP3 cho biết cỗ máy có thể được sử dụng trong vòng 10 năm tới.

Các kế hoạch cho LEP3 chỉ mới xuất hiện vài tuần sau khi các nhà vật lí làm việc tại CERN báo cáo rằng họ đã phát hiện ra một hạt mới có sự tương đồng đến bất ngờ với một boson Higgs, như mô tả bởi Mô hình Chuẩn của ngành vật lí hạt. Thí nghiệm ATLAS đo khối lượng của nó vào khoảng 125 GeV, còn thí nghiệm CMS đi khoảng 126 GeV.

LEP3 sẽ hoạt động ở khoảng 240 GeV và gồm hai vòng máy gia tốc tách biệt sẽ cho va chạm các electron và positron thay vì proton và proton, như với LHC. Trong nghiên cứu của họ, 20 tác giả gọi LEP3 là “có tính hấp dẫn cao” và nó đáng được nghiên cứu chi tiết hơn. “Giờ là lúc thích hợp để đưa vấn đề này lên bàn nghị sự,” phát biểu của nhà lí thuyết John Ellis thuộc trường Kings College London ở Anh, là một tác giả của nghiên cứu sơ bộ trên, ông hi vọng rằng nó sẽ làm dấy lên tranh luận giữa các nhà vật lí về cách nghiên cứu boson mới một cách chi tiết.

Các nhà vật lí đang đề xuất sử dụng tầng hầm tại CERN hiện đang chứa LHC cho LEP3, một máy va chạm electron-positron có thể nghiên cứu boson Higgs chi tiết hơn. (Ảnh: CERN)

Tận dụng tầng hầm

LEP3 được thiết kế để lắp đặt trong tầng hầm LHC và phục vụ hai máy dò hạt đa năng của LHC – ATLAS và CMS. Nếu LEP3 được xây dựng, nó sẽ phải hạ gục hai đề xuất cạnh tranh cho cỗ máy va chạm tương lai dùng để nghiên cứu hạt Higgs – Máy Va chạm Thẳng Quốc tế (ILC) và Máy Va chạm Thẳng Nhỏ (CLIC). Nhưng Ellis cho biết một ưu điểm của LEP3 là tầng hầm chứa nó đã được xây dựng sẵn và cỗ máy va chạm đó sẽ sử dụng hạ tầng hiện có, ví dụ như thiết bị điều nhiệt, do đó LEP3 có hiệu quả chi phí đầu tư hơn. LEP3 cũng sẽ sử dụng các nam châm điện thường để tăng tốc các hạt thay vì những hộp gia tốc siêu dẫn mà ILC sẽ sử dụng.

Cỗ máy nào được xây dựng thay thế LHC sẽ tùy thuộc vào chuyện LHC sẽ khám phá ra cái gì trong hai năm tiếp theo sau khi nó đã chạy ở năng lượng thiết kế đầy đủ 14 TeV. Nếu hóa ra LHC chỉ tim thấy hạt Higgs, thì Ellis cho biết đó sẽ là khả năng cao cho LEP3. Nhưng nếu LHC khám phá ra nhiều hạt hơn – ví dụ như các hạt siêu đối xứng – thì người ta sẽ xét hai đề xuất kia. “LEP3 có khả năng là một lựa chọn đam bảo hơn ILC nếu như chỉ có hạt Higgs được phát hiện,” Ellis nói. “Nhưng, tất nhiên, sẽ thật dại dột nếu chọn bất cứ đề xuất nào vào lúc này, vì rằng LHC vẫn chưa đạt tới năng lượng trọn vẹn của nó.”

CERN dự tính cho LHC chạy đến thập niên 2030 sau khi nó trải qua một đợt nâng cấp chính về năng lượng và độ rọi trong thập niên tiếp theo. Tuy nhiên, Ellis nghĩ rằng có lẽ có khả năng cho LHC và LEP3 cùng sống chung trong một thời gian ngắn. “Đó không phải là lí tưởng, nhưng đó có thể là cái nên suy nghĩ,” Ellis nói. “Nếu LHC không phát hiện ra thêm gì nữa ngoài hạt Higgs, thì bạn có cho nó chạy thêm nhiều năm nữa hay không?”

“Phạm vi nhỏ”

Nhưng một số người không tán thành rằng LEP3 là cách tốt nhất để nghiên cứu hạt Higgs, ngoài ra cần đưa ra quyết định giữa việc xây dựng LEP3 và cho chạy LHC nâng cấp độ rọi cao trong thập niên 2020. “Chúng đều có hoàn cảnh vật lí tốt, nhưng dẫu sao LEP3 ít có cơ hội của một khám phá lớn,” phát biểu của một nhà nghiên cứu hàng đầu ở CERN không muốn nêu tên. “[Nâng cấp LHC] có những phép đo chính xác cũng như khả năng mang lại khám phá.”

Quan điểm đó được sự chia sẻ của giám đốc máy gia tốc thẳng Lyn Evans, ông cho biết ông nghĩ rằng không có khả năng đề xuất cho LEP3 sẽ phát triển xa. “Việc trước mắt là khai thác trọn vẹn LHC và toàn bộ những nâng cấp của nó,” Evans nói, ông đã từng là người chỉ đạo xây dựng LHC. “Đây ít nhất là một chương trình làm việc 20 năm, nên tôi nghĩ rất không có khả năng LHC sẽ bị tháo dỡ và bị thay thế bởi một cỗ máy rất khiêm tốn với phạm vị hẹp trừ nghiên cứu hạt Higgs.”

Xuân Nguyễn (thuvienvatly.com)
Nguồn: physicworld.com