Các nhà khoa học vừa cho biết hôm 13/5 rằng sau gần ba thập kỉ đặt cược, cuối cùng họ đã phát hiện ra một biến đổi chỉ thị trong một hạ nguyên tử, củng cố thêm một lí thuyết then chốt về Vũ trụ. Các nhà nghiên cứu tại cỗ máy va chạm hạt lớn nhất thế giới cho biết họ đã quan sát thấy một sự kiện cực kì hiếm – sự phân hủy của meson B trung hòa thành một cặp muon, họ hàng nặng của hạt electron.
Các kết quả mang thêm hậu thuẫn cho cái gọi là Mô hình Chuẩn, khuôn khổ lí thuyết cho các hạt và các lực cấu tạo nên vũ trụ, theo bài công bố trên tạp chí Nature.
Meson B trung hòa là kết hợp không bền của hai loại hạt gọi là quark, liên kết bởi lực “mạnh”.
Màn hiển thị thí nghiệm CMS (trên) và thí nghiệm LHCb (dưới) tại Máy Va chạm Hadron lớn cho thấy các mẫu va chạm đã tạo ra các ứng cử viên cho sự phân hủy hiếm của hạt meson B, được dự đoán và quan sát chỉ xảy ra khoảng bốn lần trong mỗi tỉ phân hủy. Ảnh: CMS/LHCb.
Sự phân hủy của chúng thành muon đã được dự đoán theo Mô hình Chuẩn. Nhưng việc thu được bằng chứng để xác nhận dự đoán đó là một câu đố khó kể từ giữa thập niên 1980.
Trước tiên, bản thân các meson B trung hòa được tạo ra trong các điều kiện cực độ - trong các máy va chạm hạt hoặc các tương tác tia vũ trụ chẳng hạn – khiến chúng cực kì khó hoặc rất tốn kém để nghiên cứu.
Và xác suất biến đổi thành muon chỉ xảy ra khoảng bốn lần trong mỗi tỉ “phân hủy”.
Các đội kình địch nhau tại Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) ở CERN – phòng thí nghiệm đồ sộ dưới lòng đất gần Geneva sát biên giới Pháp-Thụy Sĩ – đã làm việc độc lập, phát hiện ra sự kiện khó nắm bắt trên.
Họ đã công bố riêng các kết quả vào tháng 7 năm 2013, nhưng các mảng số liệu không đủ mức chuẩn xác để khẳng định một khám phá.
Họ đã kết hợp nhau phân tích, nay công bố trên tạp chí Nature, và “dễ dàng vượt qua yêu cầu này,” Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN) phát biểu trong một thông cáo báo chí.
Bài báo cho biết các thí nghiệm cho thấy Mô hình Chuẩn, lí thuyết được xây dựng từ thập niên 1970, có thêm một câu đố được giải nhưng những câu đố khó khác thì vẫn còn nằm phía trước.
“Trong tiến trình vài thập niên qua, Mô hình Chuẩn đã vượt qua những phép kiểm tra tối quan trọng có gốc gác thực nghiệm, nhưng nó không giải được một số câu hỏi nổi cộm về bản chất của Vũ trụ,” các tác giả trình bày.
Chẳng hạn, lí thuyết trên không giải thích được vật chất tối, chất liệu chiếm gần 85% khối lượng trong vũ trụ và hiện chỉ có thể phát hiện được thông qua tác dụng hấp dẫn của nó lên vật chất nhìn thấy.
Vấn đề tìm hiểu vật chất tối là một trong những ưu tiên của chương trình làm việc hiện nay tại LHC, cỗ máy va chạm đã bắt đầu hoạt động trở lại hồi tháng trước sau hai năm đóng cửa nâng cấp.
Cỗ máy gồm một đường hầm hình vòng xuyến trong đó các chùm proton lao đi vèo vèo ở gần tốc độ ánh sáng theo hai chiều ngược nhau.
Tại bốn địa điểm trong đường hầm, các nam châm mạnh làm bẻ cong các chùm hạt, mang chúng lại để một số proton đâm sầm vào nhau – một va chạm ngắn ngủi, khốc liệt.
Mớ mảnh vụn hạ nguyên tử thu được sau đó được phân tích để tìm kiếm những hạt mới lạ hay các manh mối về những hạt đã biết.
Hồi năm 2012, LHC đã xác nhận Boson Higgs, hạt Mô hình Chuẩn mang lại khối lượng đã được tìm kiếm từ lâu.
Khám phá đó mang về giải thưởng Nobel vật lí cho hai nhà khoa học hồi năm 1964 đã nêu lí thuyết cho sự tồn tại của boson Higgs.
Tham khảo: Observation of the rare Bs0 →µ+µ− decay from the combined analysis of CMS and LHCb data, Nature (2015) DOI: 10.1038/nature14474
Nguồn: PhysOrg.com
