Vũ trụ của chúng ta bị chi phối bởi bốn lực cơ bản. Ít nhất thì đó là cái các nhà vật lí lâu nay vẫn nghĩ.
Tuy nhiên, nay một nghiên cứu mới đề xuất rằng có một lực thứ năm, một khám phá có thể đánh đổ phần lớn nền vật lí hiện đại.
Ngày 23 tháng Mười vừa qua, các nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân ở Hungary đã xuất bản một nghiên cứu trên cơ sở dữ liệu arXiv cung cấp thêm bằng chứng cho một hạt hoàn toàn mới đã được đề xuất lần đầu tiên cách đây ba năm. Đặt tên là X17, hạt này có thể giúp các nhà khoa học giải quyết một trong những bí ẩn lớn nhất trong thiên văn học: vật chất tối là gì.
Sự tồn tại của X17 cũng đòi hỏi viết lại Mô hình Chuẩn của vật lí hạt, lí thuyết mô tả các lực cơ bản và phân loại các hạt hạ nguyên tử.
Thế nhưng điều đó chỉ xảy ra nếu sự tồn tại của hạt mới có thể được chứng thực. Bài báo mới vẫn chưa được phẩm bình. Và đa số nhà vật lí vẫn hoài nghi – một phần là do chưa có nhà vật lí ngoài cuộc nào từng có thể độc lập xác thực các kết quả trước đó của chính đội nghiên cứu này, theo Richard Milner, một nhà vật lí tại Viện Công nghệ Massachusetts, người không liên quan gì đến nghiên cứu này.
Vào năm 2016, cũng nhóm nghiên cứu này đã báo cáo bằng chứng đầu tiên của hạt X17, trong các thí nghiệm thực hiện với các nguyên tử beryllium phóng xạ. Các nhà vật lí đã đo ánh sáng và các hạt được beryllium giải phóng khi nó phân rã. Họ để ý thấy các cặp electron và đối hạt phản vật chất của chúng, các positron, phát ra có xu hướng chạy theo một góc nhất định, hành trạng có vẻ không thể lí giải bằng vật lí học hiện có.
Nhóm các con số lại, các nhà vật lí kết luận rằng phải có một hạt trung gian chưa biết nào đó được beryllium phân hủy thành, rồi hạt đó mới phát ra cặp electron và positron. Người ta tính được “hạt X” chưa biết này có khối lượng gần 17 mega-electronvolt, vì thế mà có tên gọi X17. (Để so sánh, X17 có khối lượng lớn hơn electron khoảng 34 lần.)
Nghiên cứu mới bổ sung thêm các quan trắc về hạt được đề xuất, chúng được nhìn thấy trong sự phân hủy của các nguyên tử helium. Một bố trí thí nghiệm tương tự một lần nữa cho thấy bằng chứng của một hạt trung gian với khối lượng hiệu dụng bằng như vậy. Các kết quả cho thấy hạt X17 được đề xuất này không phải là fermion – loại hạt cấu tạo nên vật chất bình thường – mà là boson, một hạt mang năng lượng và thỉnh thoảng mang lực. Điều này có nghĩa là X17 có thể trung chuyển một lực thứ năm chưa biết trước đây mà các nhà vật lí cho biết có thể giải thích được vật chất tối. Chất liệu bí ẩn ấy chiếm tới 85% vật chất trong vũ trụ; nó có thể được phát hiện thông qua lực hấp dẫn nhưng không tương tác với ánh sáng.
Thế nhưng phần lớn các nhà vật lí đang chờ đợi các phép đo độc lập trước khi họ chấp nhận các kết quả trên.
“Tôi thấy hoài nghi. Tôi nghĩ, với tư cách một nhà thực nghiệm, đó là tình cảnh tự nhiên của tôi khi tôi chứng kiến thứ gì đó như thế này, nhưng tôi nghĩ nó cần được nghiên cứu,” Milner nói.
Một phần hoài nghi phát sinh do bởi Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu, hay CERN, đã săn tìm X17 và chẳng tìm thấy bằng chứng nào cho nó. Dưới ánh sáng của bằng chứng mới, có khả năng sẽ có thêm nhiều nhóm nghiên cứu tiếp tục tìm kiếm hạt này, Milner cho biết.
Nếu được xác nhận, khám phá này có thể mở ra một phương pháp hoàn toàn mới để nghiên cứu vật lí hạt. Trong nửa cuối thế kỉ qua, các nhà vật lí đã có tiến bộ rất lớn trong việc xác định Mô hình Chuẩn bằng cách tập trung vào lĩnh vực năng lượng cao, việc đó đòi hỏi những nhóm hợp tác quốc tế đông đảo và các máy gia tốc đắt tiền cho các hạt lao vào nhau ở những tốc độ không tưởng tượng nổi. Công trình mới, được thực hiện ở mức năng lượng và chi phí thấp hơn nhiều, sẽ là một xu hướng hoàn toàn mới cho các nhà vật lí tìm kiếm các hạt mới.
“Mô hình Chuẩn của vật lí học đã được xác định rất rạch ròi,” Milner nói. “Vì thế nếu người ta tìm thấy một tương tác mới vượt ngoài nó, thì điều đó có tầm quan trọng rất lớn.”
Nguồn: LiveScience
