Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC), thí nghiệm khoa học lớn nhất thế giới, sắp khởi động trở lại trong tháng này sau hai năm đóng cửa bảo dưỡng và nâng cấp. Chẳng ai nghi ngờ vai trò của nó trong việc khám phá boson Higgs hồi năm 2012, hạt sơ cấp được các phương tiện truyền thông mô tả là “hạt thần thánh”, và tất nhiên lần này người ta đang trông đợi nhiều từ cỗ máy va chạm hạt chu vi 27 km này tại CERN.
Boson Higgs là lời giải thích khả dĩ cho nguồn gốc của khối lượng, cái được tiên đoán vào năm 1964 bởi Peter Higgs và một vài nhà vật lí khác, và việc khám phá nó đã đưa đến giải thưởng Nobel vật lí cho Higgs và François Englert hồi năm 2013.
Vậy tại sao mất thời gian lâu như vậy mới tìm thấy nó? Như Einstein trình bày trong hệ thức tương đương khối lượng-năng lượng của ông (E = mc2), khối lượng của một hạt là một số đo lượng năng lượng của nó. Nếu một hạt có khối lượng càng lớn, thì nó có lượng năng lượng càng cao, và như vậy người ta cần một năng lượng rất lớn để tạo ra một hạt khối lượng lớn. Năng lượng đó không dễ dàng gì có được, cho đến khi Máy Va chạm Hadron Lớn có khả năng cho va chạm các chùm proton với năng lượng đủ cao để boson Higgs có thể được tạo ra với khối lượng 126 tỉ electron volt (126 GeV). Trong lĩnh vực vật lí hạt, người ta thường đo khối lượng theo năng lượng, và 126 GeV thì tương đương với 2,24.10 – 25 kg, khối lượng này gấp khoảng 127 lần khối lượng của một hạt proton.
Điều gì đang chờ đợi chúng ta khám phá?
Vì thế, cộng đồng vật lí đang trông ngóng sau 2 năm nâng cấp, các nam châm điện mới, mạnh hơn của LHC sẽ đủ sức tạo ra hai chùm proton 6,5 nghìn tỉ electron volt (6,5 TeV), tăng năng lượng va chạm từ 8 TeV trong năm 2012 lên mức 13 TeV. Cùng với năng lượng va chạm lớn hơn là khả năng tạo ra và phát hiện những hạt mới có khối lượng lớn hơn. Dự đoán hiện nay là các thí nghiệm LHC có thể làm sáng tỏ những hạt mới gọi là hạt Z, những boson Higgs mới, và thậm chí các hạt vật chất tối.
Từ boson Higgs tới Z
Được khám phá tại CERN vào năm 1983, hạt Z là một hạt mang lực – hạt trung chuyển một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên: lực hấp dẫn, lực điện từ, lực mạnh và lực yếu. Hạt Z mang lực yếu, lực tham gia trong các phản ứng dưới nguyên tử. Một hạt có liên quan, đã được lí thuyết hóa có thể sắp được khám phá là hạt Z hoàn hảo, hay Z’. Hạt này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về graviton, hạt mang lực hấp dẫn đã được nêu lí thuyết nhưng cho đến nay chưa được tìm thấy.
Một bản đồ các hạt hạ nguyên tử, những hạt đã biết và đã được nêu lí thuyết.
Xét tổng thể thành phần của vũ trụ, chúng ta chỉ mới biết khoảng 5% về nó. 95% còn lại bao gồm khoảng 68% vật chất tối. Với hơn 84% khối lượng vũ trụ là tối – nghĩa là không phát hiện được bởi bất kì phương tiện nào đã biết – nếu LHC bằng cách nào đó có thể làm sáng tỏ phần nào về bản chất của loại vật chất này thì nó sẽ thúc đẩy nhận thức của chúng ta về vũ trụ.
Với một LHC đã nâng cấp có khả năng cung cấp những năng lượng va chạm cao hơn và khả năng tạo ra những hạt mới – cho dù những hạt đó đã được lí thuyết hóa hay chưa – nó sẽ có sự tác động to lớn đối với nhận thức căn bản của chúng ta về các định luật của tự nhiên và mô hình được chấp nhận hiện nay được dùng để tìm kiếm và lí giải chúng.
Một số người cho rằng chi phí nâng cấp LHC, khoảng 70 triệu bảng Anh, là quá lớn. Nhưng các khả năng mà nó đem lại cho sự nhận thức thế giới của chúng ta là không thể bỏ qua, và cả những lợi ích mà nó có thể mang lại cho những lĩnh vực khác, ví dụ như chụp ảnh y khoa. Việc chi tiêu 70 triệu bảng tiền thuế như thế là đáng đồng tiền bát gạo.
Nguồn: The Conversation, Physorg.com
