Là một hạt hạ nguyên tử đã né tránh các nhà khoa học suốt gần 50 năm trời, nhưng hóa ra boson Higgs hành xử khá ‘khuôn phép’.
Bằng chứng bổ sung mới từ cỗ máy gia tốc mạnh nhất thế giới, Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) ở Thụy Sĩ, xác nhận boson Higgs, hạt mà người ta cho là mang lại khối lượng cho những hạt khác, hành xử giống hệt như dự đoán của Mô hình Chuẩn, lí thuyết vật lí chính thống mô tả ‘bầy đoàn’ hạt hạ nguyên tử cấu tạo nên vũ trụ.
“Đây chính là cái chúng tôi trông đợi từ Mô hình Chuẩn, phát biểu của nhà vật lí Markus Klute tại Viện Công nghệ Massachusetts, một trong những nhà nghiên cứu tham gia tìm kiếm boson Higgs.
Các kết quả mới cho thấy boson Higgs phân hủy thành những hạt hạ nguyên tử mang vật chất gọi là fermion – đặc biệt, nó phân hủy thành một hạt anh em nặng hơn của electron gọi là lepton tau. Phân hủy này được dự đoán bởi Mô hình Chuẩn. Dẫu vậy, các kết quả khiến các nhà vật lí có chút thất vọng vì họ đang nuôi hi vọng tìm thấy các dấu hiệu của nền vật lí hoàn toàn mới.
Hình minh họa boson Higgs
Khám phá ‘hạt thần thánh’
Vào ngày 4 tháng 7 năm 2012, các nhà khoa học tại LHC công bố họ đã tìm thấy boson Higgs, một hạt khó nắm bắt lần đầu tiên được đề xuất hồi 50 năm trước đây bởi nhà vật lí người Anh Peter Higgs. Theo quan điểm của Higgs, trong khoảng tích tắc sau Vụ nổ Lớn (Big Bang), một trường năng lượng, ngày nay được đặt tên là trường Higgs, đã xuất hiện và truyền khối lượng cho các hạt hạ nguyên tử lướt rê trong nó. Các hạt ‘bị dính nhớt’ và chuyển động chậm dần trong trường Higgs trở nên nặng hơn.
Bởi vì các hạt hạ nguyên tử hoặc là hạt mang vật chất gọi là fermion, ví dụ như electron và proton, hoặc là hạt mang lực gọi là boson, ví dụ như photon và gluon, nên sự tồn tại của trường Higgs hàm ý một hạt mang lực đi cùng với nó, gọi là boson Higgs, na ná như một gợn sóng trong trường đó.
Khám phá hồi năm 2012 khiến ít ai còn nghi ngờ sự tồn tại của boson Higgs, và Higgs cùng người đồng nghiệp của ông, François Englert, đã giành Giải Nobel Vật lí năm 2013 cho lí thuyết của họ. Nhưng vẫn còn nhiều câu hỏi chưa được trả lời. Đó là có một boson Higgs hay nhiều boson Higgs? Nếu có nhiều boson Higgs thì khối lượng của chúng là bao nhiêu? Và những hạt Higgs ‘hương vị’ khác nhau này hành xử như thế nào?
Hạt ngoan ngoãn
Để trả lời những câu hỏi đó, các nhà vật lí phải tiếp tục vật lộn trên hàng tấn dữ liệu thu từ LHC, cỗ máy làm gia tốc các proton lên tới gần tốc độ ánh sáng, sau đó cho chúng lao vào nhau, tạo ra một cơn mưa hạt hạ nguyên tử.
Trong số hàng tỉ va chạm do LHC tạo ra mỗi giây, chỉ vài ba trăm va chạm có mức năng lượng tương ứng với boson Higgs mà thôi.
Khi các nhà khoa học LHC phân tích các sự kiện Higgs đó, họ tìm thấy khoảng 6% hạt khó nắm bắt ấy phân hủy thành lepton tau, Klute cho biết. Và mặc dù không như trông đợi, nhưng các kết quả mới cho thấy không có dấu hiệu nào của boson Higgs sẽ thuần phục các lí thuyết thay thế khác, ví dụ như siêu đối xứng, lí thuyết dự đoán rằng mỗi hạt hiện đã biết có một “siêu đối hạt” với những tính chất hơi khác một chút.
Những câu hỏi chưa được trả lời
Boson Higgs phân hủy thành lepton tau là cái đã được Mô hình Chuẩn lường trước kể từ khi lí thuyết này ra đời, và kết quả mới này cho thấy hóa ra Mô hình Chuẩn là lí thuyết được tự nhiên tuân thủ.
Nhưng vẫn còn đó một vài mảnh ghép nữa cho bức tranh hoàn chỉnh của Mô hình Chuẩn, theo phát biểu của Nitesh Soni, một nhà vật lí hạt cơ bản tại trường Đại học Adelaide ở Australia, người không liên quan gì với nghiên cứu trên. “Hạt Higgs cũng được dự đoán phân hủy thành một số hạt khác nữa, nhưng các kênh đó có tốc độ phân hủy nhỏ hơn và nền nhiễu cao hơn”, khiến người ta khó phát hiện ra các hạt đó từ tập hợp dữ liệu hiện nay.
Còn nền vật lí mới thì sao?
Mặc dù Mô hình Chuẩn đã và đang thành công rực rỡ trong việc dự đoán hành trạng hạt trong thế giới hạ nguyên tử, nhưng để mô tả hoàn chỉnh các định luật của tự nhiên, các nhà khoa học còn rất nhiều việc phải làm.
Chẳng hạn, Mô hình Chuẩn không thể giải thích vật chất tối hoặc sự tồn tại của lực hấp dẫn. Vì thế, việc thiếu bằng chứng cho cái gì đó mới mẻ khiến các nhà vật lí ít nhiều cảm thấy thất vọng.
Nhưng các nhà vật lí chưa chịu từ bỏ hi vọng. Việc săn tìm các hạt mới sẽ tiếp tục trở lại một khi LHC hoạt động trở lại ở mức năng lượng cao hơn nhiều vào năm 2015.
Phân tích mới của dữ liệu LHC được công bố hôm 22/6/2014 trên tạp chí Nature Physics.
Nguồn: Tia Ghose – LiveScience
