Phải chăng có nhiều loại boson Higgs?

Khám phá ra boson Higgs là có thật. Nhưng các nhà vật lí không chắc lắm liệu hạt mới mà họ tìm thấy đó có khớp với các dự đoán của họ hay không.

Cho đến nay, dữ liệu đề xuất rằng boson Higgs, hạt giả thuyết có thể lí giải những hạt khác thu lấy khối lượng của chúng như thế nào, không biểu hiện bất kì cái gì bất ngờ - các nhà vật lí cho biết như thế hôm 13/4 tại phiên họp tháng 4 của Hội Vật lí Hoa Kì. Nhưng điều đó không có nghĩa là không có bất ngờ trong tương lai – hoặc không thể có những boson Higgs khác đang ẩn náu ngoài kia.

“Có một số lượng lớn mô hình lí thuyết dự đoán rằng trường Higgs này thật ra phức tạp hơn nhiều,” phát biểu của Markus Klute, một nhà vật lí tại Viện Công nghệ Massachusetts ở Mĩ. Một số trong những lí thuyết này dự đoán 5 hoặc nhiều boson Higgs với khối lượng khác nhau, Klute nói với các phóng viên.

Các va chạm proton – proton tại LHC. Ảnh: CERN/CMS

Bí ẩn của hạt Higgs

Các nhà vật lí đã xác nhận hồi tháng 3 rằng một hạt được khám phá tại cỗ máy va chạm nguyên tử lớn nhất thế giới, Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC), thật sự là boson Higgs. Hạt này, với khối lượng gấp khoảng 126 lần khối lượng proton, có vẻ khớp với Mô hình Chuẩn, lí thuyết đang trị vì của ngành vật lí hạt. Theo mô hình này, boson Higgs liên quan với trường Higgs, một trường năng lượng thấm đẫm toàn không gian và được cho là mang đến khối lượng cho nhiều hạt khác. Các hạt chuyển động trong trường Higgs thu lấy khối lượng tương tự như người bơi lội bị ướt mình lúc vùng vẫy trong hồ bơi.

“Mùi” Higgs là cái khiến một số nhà vật lí đang hi vọng tìm thấy cái gì đó đánh đố những lí thuyết của họ cảm thấy thất vọng.

“Đâu đó hồi tháng 11, tôi đã hơi thất vọng trước thực tế là mọi thứ khớp suôn sẻ với nhau như thế,” Klute nói. “Người ta gọi đây là ‘nỗi thất vọng hậu khám phá’”.

Nhưng các nhà nghiên cứu cho biết còn có nhiều cái để tìm hiểu về hạt Higgs, trong đó có việc xác định xem nó có là hạt duy nhất hay không. Có khả năng khi Máy Va chạm Hadron Lớn hoạt động trở lại vào năm 2015 với năng lượng cao hơn, các nhà khoa học sẽ có thể phát hiện ra những biến thể nặng hơn của boson Higgs. Hoặc là các biến thể có lẽ đang ẩn náu trong mớ dữ liệu đã có.

“Xác định được ‘Hạt Higgs chuẩn hay không chuẩn’ thì trò chơi vẫn chưa kết thúc,” phát biểu của nhà vật lí Michael Peskin tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc quốc gia SLAC tại Đại học Stanford. “Chúng ta sẽ có mặt trong trò chơi vào cuối thập niên này, nhưng lúc này thì đó chính là một câu hỏi mở.”

Một chỗ cộm thứ hai trong dữ liệu Higgs công bố hồi tháng 12/2012 đưa đến ngờ vực rằng các nhà vật lí có lẽ đã tìm thấy một boson Higgs thứ hai có một khối lượng khác. Tuy nhiên, chỗ cộm lên đó chỉ xuất hiện trong một thí nghiệm LHC. Những tuyến bằng chứng khác do cỗ máy va chạm tạo ra không cho thấy những dị thường giống như vậy.

Những câu hỏi phía trước

Vành đai gia tốc dài 27 km bên dưới lòng đất của Máy Va chạm Hadron Lớn hiện đang tạm đóng cửa cho đến năm 2015 để các kĩ sư nâng cấp cỗ máy va chạm lên đến mức năng lượng thiết kế trọn vẹn của nó. Năng mức năng lượng của LHC sẽ cho phép có nhiều va chạm hơn, và tăng độ chính xác của các phép đo lên gấp 5 lần hiện nay.

Một lí thuyết phổ biến mà các nhà vật lí hi vọng đưa vào kiểm tra thực nghiệm là “siêu đối xứng”, lí thuyết cho rằng mỗi hạt dưới nguyên tử có một song sinh bí ẩn cho đến nay chưa được tìm tháy. Các “siêu đối hạt” có thể giúp giải thích vật chất tối, một chất liệu bí ẩn có khả năng chiếm một phần tư vũ trụ.

Cho đến nay, các nhà vật lí chỉ có thể lí giải 4% cấu tạo của vũ trụ, theo nhà vật lí Thomas Koffas tại trường Đại học Carleton ở Canada. “Chúng ta không biết gì về 96% còn lại.”

Nguồn: Stephanie Pappas (LiveScience)

Bài trước | Bài kế tiếp