Với sự xác nhận rằng hạt mới khám phá hồi năm ngoái ở CERN chính là một boson Higgs, nhiều nhà vật lí vẫn còn có chút thất vọng. Đó là vì toàn bộ các dấu hiệu đều hướng tới xác nhận Mô hình Chuẩn, lí thuyết đã gần 100 năm tuổi lí giải những mảnh vật chất nhỏ xíu cấu tạo nên vũ trụ của chúng ta.
Nhưng một số nhà vật lí vẫn nuôi hi vọng sẽ có những kết quả có thể mang đến một cú thúc lớn hơn, họ đang trông ngóng Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) và những thí nghiệm khác sẽ làm sáng tỏ những hạt khác còn đang ẩn náu trong vũ trụ. Từ graviton cho đến wino, dưới đây là năm hạt lạ lùng có thể tồn tại ngoài boson Higgs ra.
Sinh viên nghiên cứu tại CERN
1. Gluino, wino và photino
Nếu một lí thuyết gọi là siêu đối xứng là đúng, thì có thể có hơn một tá hạt đang chờ được khám phá. Lí thuyết siêu đối xứng cho rằng mỗi hạt đã được khám phá từ trước đến nay có một đối hạt còn tiềm ẩn.
Trong Mô hình Chuẩn, có hai loại hạt: các boson là hạt mang lực và bao gồm gluon và graviton; và các fermion là hạt cấu tạo nên vật chất và bao gồm quark, electron và neutrino.
Trong lí thuyết siêu đối xứng, mỗi fermion sẽ ghép cặp với một boson, và ngược lại. Vì thế, các gluon (một loại boson) sẽ có các glunio (một loại fermion), hạt W sẽ wino, photon sẽ có photino, và hạt Higgs sẽ có một đối hạt gọi là Higgsino.
Thật không may cho những người ủng hộ siêu đối xứng, cho đến nay LHC chưa tìm thấy vết tích nào của những hạt hay lảng tránh này, cho thấy có khả năng chúng không tồn tại, theo lời nhà vật lí toán Peter Woit tại trường Đại học Columbia ở New York.
Chẳng hạn, trong năm 2012, các nhà vật lí tốc độ ánh sáng. Tốc độ chúng được quan sát khớp với Mô hình Chuẩn, nghĩa là mỗi hạt siêu đối xứng thật sự tồn tại sẽ phải nặng hơn nhiều so với ban đầu người ta nghĩ.
Một yếu điểm khác của lí thuyết đối xứng là có khoảng 105 “tham số tự do”, nghĩa là các nhà vật lí không có những giới hạn rất tốt cho ngưỡng kích cỡ và năng lượng trong đó các hạt sẽ được tìm thấy. Cho nên các nhà khoa học không biết tìm kiếm những hạt này ở đâu.
2. Neutralino
Siêu đối xứng còn tiên đoán những hạt đặc biệt gọi là neutralino, hạt không mang điện tích, có thể giải thích cho vật chất tối, chất liệu bí ẩn chiếm phần lớn mật độ vật chất của vũ trụ, nhưng chỉ được phát hiện ra qua lực hút hấp dẫn của nó. Trong lí thuyết siêu đối xứng, một hỗn hợp gồm tất cả những hạt mang lực ngoài glunio ra sẽ tạo ra các neutralino.
Neutralino đã hình thnahf trong vũ trụ sơ khai nóng bỏng và để lại đủ vết tích để giải thích sự có mặt của vật chất tối có lực hút hấp dẫn được tìm thấy ngày nay.
Các kính thiên văn tia gamma và neutrino có thể săn tìm những hạt hay lảng tránh này trong những vùng có đầy vật chất tối, ví dụ như lõi sao hoặc lõi thiên hà. Thật vậy, các nhà vật lí gần đây có công bố tin tức quan trọng: một máy thu hạt trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) có lẽ đã tìm thấy bằng chứng của vật chất tối, mặc dù các chi tiết thì cho đến nay vẫn chưa rõ.
3. Graviton
Cái đã thổi việt vị Albert Einstein và làm thách đố các nhà vật lí kể từ đó: Làm thế nào sáng tạo ra một lí thuyết duy nhất thâu tóm tất cả các lực cơ bản, ví dụ như lực hấp dẫn, và hành trạng của các hạt lượng tử. Chẳng hạn, lí thuyết đang trị vì của ngành vật lí hạt không bao hàm lực hấp dẫn.
Câu hỏi đó đưa các nhà vật lí đến chỗ đề xuất những hạt hấp dẫn lượng tử gọi là graviton, chúng là những hạt nhỏ xíu, không khối lượng, phát ra sóng hấp dẫn. Trên lí thuyết, mỗi graviton sẽ tác dụng một lực hút lên vật chất trong vũ trụ, nhưng các graviton sẽ khó phát hiện vì chúng tương tác yếu với vật chất.
Thật đáng tiếc, việc phát hiện trực tiếp những hạt trong bóng râm này sẽ là không thể với công nghệ hiện nay. Tuy nhiên, sự săn tìm sóng hấp dẫn bằng những công cụ như LIGO có thể vén màn sự tồn tại của graviton một cách gián tiếp.
4. Phi hạt (unparticle)
Mới đây, các nhà vật lí đã tìm thấy vết tích của một hạt lạ lùng nữa, gọi là phi hạt. Nó có thể mang một lực thứ năm của tự nhiên, đó là tương tác xa spin-spin. Ở thang bậc nhỏ hơn, một tương tác gần spin là phổ biến: nó là lực sắp thẳng hàng chiều của spin electron trong các nam châm và kim loại. Nhưng những tương tác xa hơn thì khó nắm bắt hơn nhiều. Nếu rốt cuộc lực này có tồn tại, thì nó sẽ phải nhỏ hơn một triệu lần lực tìm thấy giữa một electron và một neutron.
Để tìm phi hạt, các nhà vật lí đang tìm kiếm bên trong lớp bao của Trái đất, nơi hàng tấn electron gói ghém với nhau, sắp thẳng hàng theo từ trường của Trái đất. Bất kì một nhiễu loạn nhỏ nào trong sự thẳng hàng đó có thể để lộ dấu hiệu của phi hạt.
5. Hạt tắc kè hoa (chameleon)
Các nhà vật lí còn đề xuất một hạt khó nắm bắt hơn nữa, hạt tắc kè hoa, nó sẽ có khối lượng biến thiên. Nếu nó tồn tại, thì sự biến dịch hình dạng này có thể giúp giải thích cả vật chất tối lẫn năng lượng tối.
Vào năm 2004, các nhà vật lí đã mô tả một lực giả thuyết có thể biến thiên tùy thuộc vào môi trường của nó: ở những nơi có các hạt dày đặc ví dụ như Trái đất hoặc mặt trời, hạt chameleon sẽ chỉ tác dụng lực yếu, trong khi ở những nơi có các hạt thưa thớt thì nó sẽ tác dụng lực mạnh. Điều đó có nghĩa là nó sẽ khởi đầu yếu trong vũ trụ sơ khai đặc quánh, rồi mạnh dần lên theo thời gian khi các thiên hà bay ra xa khỏi tâm của vũ trụ.
Để tìm lực hay lảng tránh này, các nhà vật lí sẽ cần khám phá bằng chứng của một hạt tắc kè hoa khi một photon phân hủy trong sự có mặt của một từ trường mạnh. Cho đến nay, sự tìm kiếm chưa mang lại bất cứ điều gì, nhưng các thí nghiệm vẫn đang tiếp tục triển khai.
Nguồn: LiveScience
