LHC hậu boson Higgs

Chưa tới 5 năm sau khi đi vào hoạt động, xác nhận sự tồn tại của một boson Higgs, hạt có thể lí giải những hạt khác có được khối lượng của chúng như thế nào.

Hồi tháng 7 năm 2012, các nhà vật lí đã tốc độ ánh sáng.

Với một boson Higgs đã được tìm thấy, vậy thì cỗ máy khổng lồ và khác lạ này còn phải làm những công việc gì nữa? Còn nhiều lắm, các nhà vật lí cho biết.

Trước tiên, các nhà khoa học vẫn đang tìm hiểu xem boson Higgs mà họ đã tim thấy có khớp với Mô hình Chuẩn của ngành vật lí hạt hay nó khớp hơn với một lí thuyết nào khác. (Cho đến nay, Mô hình Chuẩn tỏ ra là ứng cử viên sáng giá.)

Và sự săn tìm boson Higgs chỉ là một trong vài dự án đang triển khai tại cỗ máy gia tốc hạt mạnh nhất hành tinh. Những dự án khác có những mục tiêu nhiều tham vọng như giải thích vật chất tối, làm sáng tỏ những bí ẩn của vũ trụ và thậm chí tìm kiếm những chiều mới của không gian.

Thí nghiệm ATLAS tại LHC. Ảnh: CERN

Sau đây là những dự án chính đang diễn ra tại LHC:

ALICE (A Large Ion Collider Experiment @ CERN): Bằng cách cho các hạt lao vào nhau, các nhà khoa học có thể tái tạo vài milli giây đầu tiên sau Big Bang, làm sáng tỏ lịch sử sơ khai của vũ trụ. Một máy dò cao 16 m và dài 261 m cho phép các nhà khoa học nghiên cứu cái gọi là plasma quark-gluon. Các nhà khoa học cho các ion nặng va chạm nhau, làm giải phóng các quark và gluon của chúng (quark là thành phần cấu tạo của proton, chúng được liên kết với nhau bởi gluon). Cần một cỗ máy như LHC để phân tách những hạt dưới nguyên tử này và nghiên cứu từng hạt một.

ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus): Đây là thí nghiệm đã quan sát thấy một hạt Higgs hồi tháng 7 năm ngoái. Nhưng công việc của ATLAS vẫn chưa xong. LHC, và máy dò hạt ATLAS, hiện đang trong mode ngừng hoạt động, đang chuẩn bị nâng cấp năng lượng. Khi LHC khởi động trở lại sau năm 2013, cỗ máy va chạm nguyên tử sẽ cho phép bắn các proton vào nhau ở năng lượng 14 tera electron volt (TeV), gấp đôi năng lượng 7 TeV trước đây của nó.

ATLAS có một sứ mệnh đa năng. Nó là một công cụ có thể tìm kiếm các chiều không gian bổ sung và siêu đối xứng, quan điểm cho rằng mỗi hạt đã biết có một “hạt siêu đối tác”, một thành phần quan trọng của lí thuyết dây. Siêu đối xứng sẽ làm sáng tỏ năng lượng tối, cái có thể tồn tại trong chân không vũ trụ và là nguyên nhân gây ra sự tăng tốc giãn nở của vũ trụ. ATLAS còn là một bộ phận tìm kiếm vật chất tối, một dạng bí ẩn của vật chất có thể chiếm hơn 95% tổng mật độ vật chất của vũ trụ, nhưng nó hầu như chưa được biết gì.

CMS (Compact Muon Solenoid): Giống như ATLAS, CMS là một mũi tên hướng tới nhiều đích. Máy dò hạt này cũng có mục tiêu là trả lời những câu hỏi về nguồn gốc của vũ trụ và những thành phần cơ bản của vật chất.

LHCb (Large Hadron Collider beauty): Dự án LHCb nghiên cứu các meson B phân hủy như thế nào. Meson là những hạt có cấu tạo gồm một quark và một phản quark liên kết với nhau; một meson B chứa một mùi quark gọi là “quark-b”. Nghiên cứu sự phân hủy này cho phép các nhà khoa học tìm hiểu sự mất cân bằng giữa phản vật chất và vật chất. Trong Big Bang, vật chất và phản vật chất được tạo ra với lượng như nhau, các lí thuyết vật lí hàng đầu đề xuất như thế. Dẫu vậy, thế giới của chúng ta có cấu tạo gần như hoàn toàn là vật chất, cho nên điều bí ẩn là: Cái gì đã xảy ra với phản vật chất?

LHCb cũng sẽ nghiên cứu các sản phẩm phân hủy của hạt boson Higgs.

LHCf (Large Hadron Collider forward): LHCf tập trung vào nguồn gốc của chúng với sự hỗ trợ của thí nghiệm LHCf, đó là một chương trình hợp tác với Đài thiên văn Pierre Auger ở Argentina và Ma trận Kính thiên văn ở Utah, Mĩ.

TOTEM (Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation): Máy dò hạt TOTEM là nhỏ so với tiêu chuẩn LHC, nó chỉ bao gồm 100 nhà khoa học (các dự án như ATLAS có đến hàng nghìn người). Mục tiêu là đo các hạt tán xạ như thế nào ở những góc nhỏ từ các va chạm proton-proton trong LHC. Các va chạm mà TOTEM nghiên cứu là những va chạm trong đó một proton hoặc cả hai proton còn sống sót sau va chạm, cho phép các nhà khoa học tính ra khả năng một va chạm làm phân hủy cả hai proton. Những con số đó cho các nhà nghiên cứu biết xác suất của việc tạo ra những hạt nhất định trong một va chạm.

Một sợi chỉ kết nối tất cả các thí nghiệm tại LHC là niềm hi vọng rằng cái gì đó mới mẻ và bất ngờ sẽ xuất hiện.

Nguồn: LiveScience