Các nhà sử học vật lí chắc chắn sẽ ghi nhớ 2012 là năm Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) ở CERN. Thật vậy, chẳng có gì bất ngờ khi mà khám phá boson Higgs được nhiều tạp chí khoa học có danh tiếng bình chọn là thành tựu khoa học nổi bật của năm.
Nhưng điều gì sẽ xảy ra với thế giới vật lí trong năm 2013? Sẽ có những khám phá trọng yếu nào của năm, ai sẽ khám phá và khám phá ở đâu? Cái đẹp của vật lí học, tất nhiên, là chẳng ai lường trước chắc chắn chuyện gì sẽ xảy đến. Nhưng chúng ta có thể thoáng nhìn về phía trước và dự đoán xem cái gì sẽ xảy ra trong năm tới, và cái gì sẽ chưa xảy ra.
Tháng 2 tới, LHC sẽ tạm dừng hoạt động để tiếp tục nâng cấp trong 24 tháng lên mức năng lượng 13 TeV. (Ảnh: CERN)
Tạm ngừng hoạt động và tính toán
Khắp CERN, các nhà vật lí sắp có một khởi đầu năm mới bận rộn khi họ thu lấy những dữ liệu cuối cùng của họ từ LHC - ở dạng các va chạm proton và ion chì – trước khi cỗ máy đi vào ngừng hoạt động 24 tháng theo lịch định, bắt đầu hôm 11 tháng 2. Khi ấy, các đội kĩ sư sẽ bắt đầu công việc dài kì là sửa chữa 1000 mối nối để cho các nam châm của cỗ máy va chạm hạt khổng lồ có thể hoạt động gần mức từ trường thiết kế của chúng là 8,3 T cho phép LHC cho các hạt va chạm với năng lượng toàn phần ít nhất là 13 TeV trong năm 2015.
Sự ngừng hoạt động trong năm 2013 sẽ mang lại cho các nhà vật lí một chút thời gian “để thở” và cày xới mớ dữ liệu LHC hiện có, chúng đã được ghi lại với tốc độ vài gigabyte mỗi giây trong những tháng qua. Do đó, bạn có thể trông chờ chứng kiến một loạt bài báo nữa nói về tính chất của hạt boson mới. Tuy nhiên, chúng tôi dự đoán rằng những dấu hiệu chắc chắn của siêu đối xứng – lí thuyết có thể thống nhất lực yếu, lực mạnh và lực điện từ ở những năng lượng khoảng 1016 GeV – sẽ chưa lộ diện trong năm 2013. Xin lỗi những người yêu thích SUSY nhé.
Với những ai quan tâm, CERN có một cái bảng hấp dẫn để bất cứ ai cũng có thể xem theo dõi tình trạng hiện tại của LHC. Mặc dù cỗ máy va chạm sẽ dừng hoạt động trong phần lớn năm 2013, nhưng chúng tôi dự đoán sẽ có sự tranh luận giữa các nhân viên CERN trong năm tới về thời điểm chính xác khi nào LHC sẽ có thể đạt tới năng lượng thiết kế trọn vẹn 14 TeV của nó. Phát ngôn viên thí nghiệm CMS Joe Incandela cho biết rằng kế hoạch hiện nay là “cố tăng lên 13 TeV trong đợt chạy tiếp theo sau đợt nghỉ” nhưng tiến lên năng lượng cao hơn nữa sẽ là “không thực tế cho lắm” đối với các thí nghiệm. Dường như vấn đề là để nâng từ 13 TeV lên 14 TeV, các nam châm sẽ phải được làm nóng lên, nguội đi trở lại và rồi “huấn luyện lại”, như thế sẽ mất một thời gian dài. “Tôi tin rằng chúng sẽ giữ ở mức 13 TeV ít nhất là trong một thời kì ban đầu nào đó để cho phép chúng ta có cơ sở dữ liệu phù hợp tươm tất,” Incandela nói.
Một vấn đề gây tranh cãi nữa trong năm 2013 sẽ là những nhà vật lí hạt nào – nếu có – sẽ giành giải Nobel Vật lí của năm. Những đề cử cho giải thưởng danh giá sẽ khép lại vào cuối tháng 1 và Peter Higgs chắc chắn là một người nằm trong danh sách đó với việc dự đoán sự tồn tại của hạt boson mang tên ông. Tuy nhiên, các thành viên thuộc Viện hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển sẽ không dễ gì quyết định chọn thêm hai người nữa (chỉ có thể thêm hai người nữa thôi) cùng nhận giải chung với Peter. Những nhà lí thuyết khác ư? Hay là sự phối hợp của các nhà khoa học LHC, ví dụ như một vài người trong số 7 người mới giành giải thưởng 3 triệu đô trong tháng này từ nhà tỉ phú gốc vật lí người Nga Yuri Milner?
Đó là một quyết định khó khăn bởi vì, như bản thân Higgs trình bày trong một cuộc phỏng vấn hồi năm ngoái, ít nhất có đến năm nhà lí thuyết khác – Robert Brout, François Englert, Gerald Guralnik, Carl Hagen và Tom Kibble – xứng đáng được tôn vinh đã dự đoán boson Higgs, và có khả năng còn có Philip Anderson nữa. Dự đoán của chúng tôi là ủy ban Nobel, sau khi cãi nhau kịch liệt, sẽ trao giải cho Higgs, Englert và Anderson. (Brout, người trước đây từng nhận chung giải thưởng Wolf hồi năm 2004 với Higgs và Englert, đã qua đời vào năm 2011). Nhưng với tiền thưởng Nobel đã giảm đi 20% trong năm nay xuống còn 1,1 triệu đô thì có lẽ giải thưởng 3 triệu đô mới lập của Milner sẽ thu hút nhiều chú ý hơn.
Bản đồ vi sóng toàn bầu trời sẽ được sứ mệnh Planck công bố vào đầu năm 2013. (Ảnh: ESA/LFI và HFI)
Nhìn lên trời
Ngoài lĩnh vực vật lí hạt cơ bản, còn có một số sứ mệnh thiên văn và khoa học vũ trụ sắp rời bệ phóng trong năm 2013. Chúng bao gồm xe tự hành mặt trăng đầu tiên của người Trung Quốc – Hằng Nga 3 – và một sứ mệnh NASA (LADEE) thu thập thông tin về bề mặt chị Hằng và bụi của nó, đó có thể là dữ liệu hữu ích cho những ai đang có kế hoạch xây dựng một căn cứ mặt trăng. NASA cũng sẽ phóng một phi thuyền (MAVEN) lên nghiên cứu khí quyển Hỏa tinh và một phi thuyền (ISIS – hoãn lại từ năm 2012) khảo sát nhật hoa và gió mặt trời.
Không chịu thua kém, Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) có những chương trình riêng của mình, bao gồm phi thuyền quan sát Trái đất Sentinel-1, sứ mệnh lập danh lục sao Gaia, và một chòm gồm ba vệ tinh trong ba quỹ đạo cực khác nhau, gọi là Swarm, để theo dõi từ trường của Trái đất (cũng hoãn lại từ năm 2012). Tiếp tục xu thế của nước Mĩ là đưa chương trình tàu con thoi vũ trụ vào bảo tàng, năm 2013 cũng sẽ chứng kiến hai sứ mệnh nữa lên Trạm Vũ trụ Quốc tế từ SpaceX và một chuyến bay minh chứng của phi thuyền Cygnus, mục tiêu của nó cũng là ISS.
Trong lĩnh vực vũ trụ học, 2013 sẽ là năm khi hàng khối dữ liệu mới về vũ trụ sơ khai hoàn tất từ sứ mệnh Planck của ESA, với đầu tháng 4 tới sẽ có một cuộc họp quan trọng ở Hà Lan tại đó các nhà nghiên cứu sẽ thảo luận chi tiết với nhau về những kết quả khoa học ban đầu của nó. Những nhà khoa học này sẽ có trong tay “bản đồ nhiệt độ” của toàn bộ bầu trời ở chín tần số khác nhau, chúng sẽ làm sáng tỏ thêm chi tiết về sự bất đẳng hướng của bức xạ nền vi sóng vũ trụ. Các bản đồ đó cũng sẽ cung cấp thông tin mới hấp dẫn về mọi thứ từ Dải Ngân hà cho đến “cú hích” năng lượng trao cho các photon CMB đi qua chất khí nóng của những đám thiên hà lớn – cái gọi là hiệu ứng Sunyaev–Zel'dovich. Và với những nhà thiên văn nghiệp dư, các bạn hãy hóng chờ đến tháng 11 tới, khi đó một “siêu sao chổi” mới phát hiện tên gọi là ISON, sáng gấp Mặt trăng chừng 15 lần, sẽ trình diễn ngoạn mục trên bầu trời đêm.
Nhiều tiến bộ siêu vật liệu sẽ xảy ra trong năm 2013, dựa trên những thành tựu như đề xuất này cho “áo tàng hình electron”. Biểu diễn ở đây là các “đường dòng” của thông lượng xác suất electron, chúng hành xử như thể hạt nano không có mặt vậy. (Ảnh: Physical Review Letters)
Nhỏ mà đẹp
Nhưng trong năm tới, và luôn luôn như vậy, đa số các nhà vật lí sẽ làm việc với những cái nhỏ hơn nhiều về kích cỡ và có thể nói chắc chắn rằng chúng thực tiễn hơn và liên quan đến thế giới thực nhiều hơn bất kì dự án nào thuộc lĩnh vực thiên văn học, vật lí hạt và vũ trụ học. Điều đáng tiếc là luôn rất khó nói trước những đột phá trong những lĩnh vực như thế sẽ là gì, nhưng bạn có thể trông đợi chắc chắn rất nhiều tiến bộ mở rộng tầm mắt trong lĩnh vực nghiên cứu siêu vật liệu, graphene, nghiên cứu nguyên tử lạnh, sự truyền thông và điện toán lượng tử...
Tình hình ngân sách khoa học eo hẹp sẽ tiếp tục là gánh nặng trong đầu các nhà vật lí trong năm 2013, giống như mọi năm khác. Trong cơn khủng hoảng kinh tế, một số nước sẽ đi tới kết luận thiển cận rằng đầu tư cho khoa học là một sự xa xỉ mà họ muốn tránh né và các nhà khoa học ở những nước này sẽ phải đấu tranh với giới chính trị để bảo vệ ngành nghề của mình. Nhưng sự tài trợ mạnh cho khoa học thật ra là một công cụ thiết yếu để thúc đẩy sự tăng trưởng, ví dụ như nước Đức mới đây đã quyết định tăng ngân quỹ khoa học năm 2013 lên 6%.
Và mặc dù không phải cái gì cũng thuận buồm xuôi gió ở nước Mĩ trong thời gian gần đây, nhưng người Mĩ may mắn có Steven Chu – một nhà vật lí từng giật giải Nobel – đảm đương vai trò thư kí năng lượng của tổng thống Obama trong bốn năm nữa. Mặc dù ngồi ở ghế chóp bu trong Bộ Năng lượng Mĩ nhưng đơn thương độc mã, và chúng tôi dự đoán rằng Chu, năm nay 64 tuổi, sẽ thấy phòng thí nghiệm nghiên cứu nguyên tử lạnh của ông có sức hút lớn hơn nhiều. Một sự cải tổ bộ máy lãnh đạo khoa học cũng có khả năng xảy ra khi tổng thống Obama chọn lựa bộ máy điều hành mới của ông.
Và với đồng tiền – hay sự thiếu tiền – ngay trước mắt, bạn có thể chắc chắn rằng một số nhà vật lí trong năm 2013 sẽ tiếp tục gây sức ép đến cách thức những tạp chí khoa học được xuất bản. Nhiều nhà nghiên cứu không thể bào chữa nổi lí do vì sao họ phải trả tiền để có đặc quyền đọc những tạp chí có đăng những bài báo mà họ đã viết, đã làm nghiên cứu và đã đánh giá ngang hàng. Do đó, năm tới sẽ chứng kiến một áp lực nữa yêu cầu “quyền truy cập mở” không thu phí đối với những bài báo đã đăng trên các tạp chí khoa học (ít nhất là với các nhà khoa học).
Thật không may, sự chuyển tiếp lên sự truy cập mở sẽ không dễ dàng gì, bởi vì bài báo khoa học đánh giá ngang hàng là “đồng tiền bát gạo” cho một sự nghiệp khoa học thành công và truyền thống khoa học đã làm như thế trong hàng trăm năm trời. Hơn nữa, điều hành các tạp chí là một công việc tốn kém và tốn thời gian, nên những chi phí này phải có nguồn nào đó chi trả mới được.
Logo chính thức kỉ niệm 25 năm tạp chí Physics World trong năm 2013
Năm kỉ niệm
Trong năm 2013, các nhà vật lí sẽ kỉ niệm 100 năm mô hình nguyên tử đơn giản của Bohr, mô hình sử dụng các khái niệm lượng tử để dự đoán tần số của ánh sáng phát ra bởi hydrogen bị kích thích – cái không thể giải thích bởi lí thuyết cổ điển. 2013 cũng đánh dấu 100 năm thành tựu công bố của Lawrence Bragg: định luật về sự nhiễu xạ tia X từ các tinh thể, 100 năm phép đo điện tích electron của Robert Millikan, 100 năm Frederick Soddy đặt ra khái niệm “đồng vị”, và 100 năm Hans Geiger nhận ra mối liên hệ giữa số nguyên tử và điện tích hạt nhân.
Nào chúng ta cùng chào đón năm mới 2013!
Theo physicsworld.com
