Một đội nhà khoa học tại trường Đại học Mississippi vừa công bố một bài báo trên tạp chí Physical Review Letters, trong đó họ trình bày một cách sử dụng các quan trắc thiên văn để kiểm tra một phương diện cơ bản của Mô hình Chuẩn - ấy là các photon có khối lượng. Họ đã sử dụng các quan sát lỗ đen siêu khối, xác định ràng buộc tốt nhất từ trước đến nay cho khối lượng hạt photon.
Theo bài báo trên, nếu các photon có khối lượng thì chúng sẽ gây ra sự mất cân bằng làm chậm dần chuyển động quay của mọi lỗ đen trong vũ trụ. Nhưng các nhà thiên văn cho chúng ta biết rằng những lỗ đen khổng lồ, siêu khối tại tâm của các thiên hà hiện đang quay tròn, nên sự mất cân bằng này không thể nào quá lớn.
Do đó, khối lượng của hạt photon, nếu như nó có khối lượng, phải hết sức nhỏ.
Các photo cực nhẹ với khối lượng khác không sẽ tạo ra một loại “bom lỗ đen”: một sự mất cân bằng mạnh sẽ rút năng lượng ra khỏi lỗ đen rất nhanh. Theo Paolo Pani, tác giả đứng tên đầu của bài báo trên, “Sự tồn tại của những hạt như vậy bị ràng buộc bởi sự quan sát những lỗ đen đang quay tròn. Với kĩ thuật này, chúng tôi đã thành công trong việc ràng buộc khối lượng của hạt photon đến mức chưa có tiền lệ: khối lượng đó phải một trăm tỉ tỉ lần nhỏ hơn ràng buộc hiện nay đối với khối lượng neutrino – khoảng 2 electronvolt.”
Hình minh họa hiệu ứng “bom lỗ đen”. Một sóng đi tới lỗ đen có thể được khuếch đại qua sự phản xạ, rút lấy năng lượng quay và làm lỗ đen quay chậm đi. Khối lượng của hạt tác dụng giống như ‘tường chắn’ đối với những sóng đi ra (được biểu diễn bằng quả cầu kín trong hình này), nên quá trình phản xạ/khuếch đại được lặp lại và gây ra sự mất cân bằng.
Những kết quả của bài báo này có thể dùng để nghiên cứu sự tồn tại của những hạt mới, ví dụ như những hạt có khả năng đóng góp cho vật chất tối là đề tài nghiên cứu với Máy Va chạm Hadron Lớn của CERN ở Geneva. CERN là nơi công bố đã khám phá ra hạt giống với boson Higgs hồi đầu năm nay.
Khám phá đó đã lấp đầy một trong những chỗ trống quan trọng nhất trong Mô hình Chuẩn của ngành vật lí hạt cơ bản, vì nó giải thích các hạt thu lấy khối lượng như thế nào. Tuy nhiên, không phải hạt nào cũng có khối lượng. Vật lí học tiến bộ là nhờ sự kiểm tra và xác thực các lí thuyết được công nhận rộng rãi. Cho nên, nếu chúng ta tin rằng một hạt không có khối lượng (như trường hợp photon), thì tốt hơn hết là chúng ta nên kiểm tra với những thí nghiệm chính xác.
Quan sát các lỗ đen siêu khối có thể mang lại kiến thức mới sâu sắc mà chúng ta không thể truy xuất được với các thí nghiệm trong phòng lab. Có lẽ những tiền tuyến mới này trong lĩnh vực thiên văn vật lí sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn vũ trụ vi mô.
Tham khảo: arxiv.org/abs/arXiv:1209.0465 / arxiv.org/abs/arXiv:1209.0773/.
123physics (thuvienvatly.com)
Theo PhysOrg.com
