Alfred B. Bortz
Chương 9
1981 - 1990: Mở rộng tầm ảnh hưởng
Như đã lưu ý trong chương trước, 20 năm cuối của thế kỉ 20 dường như nổi bật lên với các ứng dụng của vật lí hơn là những lí thuyết mới hay những thí nghiệm đột phá không thể tin nổi. Từ dường như trong câu vừa nói là rất quan trọng. Một câu hỏi hợp lí là không biết đây thật sự là một xu hướng lịch sử hay chỉ đơn thuần phản ánh sự thiếu viễn tưởng lịch sử. Có lẽ 20 năm thì không đủ để nhận ra bản chất cách mạng của một lí thuyết hay khám phá mới. Tuy nhiên, khi nhìn ngược về những năm 1980 từ đầu thế kỉ 21 thật cho thấy sự quan tâm ngày càng nhiều của công chúng đối với vật lí học và vai trò của các nhà vật lí trong xã hội. Phần nào, điều đó có thể quy cho bản chất của các khám phá, thí dụ như giả thuyết của đội Alvarez về vụ va chạm với tiểu hành tinh. Nó cũng có thể liên quan đến nền chính trị đang biến chuyển, đưa đến sự tài trợ của chính phủ dành cho các ứng dụng của khoa học thay vì cho nghiên cứu mới. Nhưng có lẽ yếu tố quan trọng nhất trong sự nhận thức của công chúng bắt nguồn từ một sự thay đổi trong bản thân cộng đồng vật lí học. Nhiều nhà vật lí nhận ra rằng sự ủng hộ của công chúng dành cho khoa học của họ sẽ có lợi nếu họ đưa ra nhiều liên hệ hơn với những người không làm khoa học háo hức muốn tìm hiểu về những ý tưởng và những khám phá mới của thế kỉ trong lĩnh vực vật lí và thiên văn học.
Đặc biệt, hai nhà vật lí rất khác nhau với cách tiếp cận và sở thích rất khác nhau đã tận dụng sự ham hiểu biết đó theo những cách thật đáng chú ý. Phần lớn qua loạt phim truyền hình Vũ trụ của ông và qua các sách vở của ông, vị giáo sư thiên văn học tại trường Đại học Cornell, Carl Sagan (1934–96) đã nổi lên là một thần tượng viết về vũ trụ. Bên kia Đại Tây Dương, tại trường Đại học Cambridge ở nước Anh, Stephen Hawking (1942– ), giáo sư toán học ngạch Lucasian, chiếc ghế từng thuộc về Isaac Newton vĩ đại, đã thống lĩnh sự yêu thích của công chúng dành cho thuyết tương đối và cơ học lượng tử với việc xuất bản một cuốn sách gây sốt bất ngờ, Lược sử thời gian.
Khán giả truyền hình yêu thích sự say mê chân thật của Sagan về vũ trụ, và ông trở thành người nổi tiếng; nhưng tiếng tăm của ông cũng mang lại sự chỉ trích. Những người phỉ báng xem tác phẩm truyền hình của ông là tự lăng xê, được sản xuất để khuấy động nỗi sợ hãi trong trí tuệ của Carl Sagan như những kì quan của vũ trụ. Nhưng họ chỉ là thiểu số. Cho dù động cơ của ông là gì đi nữa, thì Sagan đã giành được phần lớn sự hoan nghênh của công chúng là khích lệ sự đam mê khoa học. Ông còn dùng nó để xúc tiến vận động chính trị, như mô tả ở phần dưới. Tiếng tăm của Hawking một phần vì ông dám thử giải thích các khái niệm gây thách thức của cơ học lượng tử và thuyết tương đối với độc giả phổ thông mà không cần sử dụng các công thức toán phức tạp, và một phần vì ông có một câu chuyện đời tư hấp dẫn. Vì lí do đó, và vì tác phẩm của Sagan chủ yếu mang tính thiên văn học chứ không thuộc về vật lí, cho nên Hawking là nhà khoa học chính của chương này.
Vật lí hạt cơ bản và Các hiệu ứng lượng tử
Tiến bộ trong ngành vật lí hạt tiếp tục trong thập niên 1980 với việc xây dựng hoặc nâng cấp các máy gia tốc hạt tạo ra các va chạm năng lượng ngày càng cao hoặc có những kĩ thuật dò hạt tốt hơn. Các hạt mới phát hiện ra trong những năm 1980 không có gì bất ngờ. Thay vào đó, sự dò tìm ra chúng đã xác nhận các tiên đoán trước đó. Thí dụ, năm 1983, các đội nghiên cứu tại CERN phát hiện ra các hạt W và Z, các boson chuẩn trao đổi trong tương tác yếu. Mặc dù những hạt này đã được lường trước, nhưng việc phát hiện ra chúng thật hào hứng. Như đã lưu ý trong chương 7, lí thuyết tương tác yếu đòi hỏi các hạt W dương và âm. Công trình của đội Sheldon Glashow kết hợp tương tác yếu với tương tác điện từ còn đưa đến các tiên đoán ra một mùi quark mới (duyên) và hạt Z trung hòa. Việc khám phá ra hạt J/psi vào năm 1974 đã xác nhận sự tồn tại của quark duyên, cho nên việc dò tìm ra hạt Z được háo hức trông đợi là mảnh cuối cùng của bằng chứng ủng hộ cho sự thống nhất điện yếu.
Sự phân hủy của một hạt Z thành một electron và positron, sự kiện Z đầu tiên được ghi nhận bởi các máy dò UA1 tại CERN vào hôm 30/04/1983.
Một khám phá nữa đến từ Đại học Cornell, nơi các nhà nghiên cứu đã xây dựng một dụng cụ gọi là Vòng Trữ Electron Cornell (CESR) vào cuối những năm 1970. Năm 1979, CESR tạo ra những va chạm electron-positron đầu tiên của nó. Năng lượng cao sinh ra khi một electron và positron hủy lẫn nhau khiến người ta có thể tạo ra và phát hiện các hạt chứa quark đáy, đặc biệt là hai loại meson B đã được phát hiện ra vào năm 1983: B0 trung hòa điện (một quark đáy cộng với một phản quark xuống) và B- tích điện âm (một quark đáy cộng với một phản quark lên). Các nhà vật lí đặc biệt quan tâm một tính chất đặc biệt gọi là sự vi phạm đối xứng CP, cái được trông đợi và thật sự biểu hiện bởi các boson B0. (CP là viết tắt cho “tính chẵn lẻ điện tích”, sự kết hợp của điện tích đảo ngược và ảnh qua gương). Tính chất đó lần đầu tiên được quan sát thấy ở các meson K0 (một quark xuống cộng với một phản quark lạ) và cần thiết cho việc phát triển kiến thức phân biệt giữa vật chất và phản vật chất.
Cũng trong thập niên 1980, sự tích góp dữ liệu dần dần trong các máy dò neutrino lớn, dưới lòng đất, tiếp tục ủng hộ những kết quả ban đầu của Raymond Davis (xem chương 6). Với các nâng cấp thiết bị, số lượng neutrino mặt trời phát hiện được đã đạt tới con số 2000, và tỉ lệ đó vẫn chỉ bằng một phần ba cái người ta trông đợi. Năm 1987, ánh sáng đã đi đến Trái đất từ một sự kiện sao siêu mới trong Đám mây Magellan Lớn láng giềng (ở xa 170.000 năm ánh sáng). Theo các lí thuyết thiên văn vật lí về sao siêu mới, người ta trông đợi tìm thấy một luồng neutrino. Các nhà vật lí, đứng đầu là Masatoshi Koshiba tại thí nghiệm Super-Kamiokande mới của nước Nhật đã phát hiện ra 12 neutrino đến từ ngôi sao ở xa đang bùng nổ đó, xác nhận sự hiểu biết của các nhà thiên văn vật lí về quá trình sao siêu mới và mang sự tín nhiệm đến cho dữ liệu của các máy dò khổng lồ của họ. Năm 1989, Koshiba tường thuật rằng nhóm của ông đang phát hiện ra các neutrino mặt trời ở tốc độ cao hơn Davis đã có, nhưng vẫn còn kém hơn trông đợi nhiều. Việc phát hiện ra các neutrino đến từ sao siêu mới 1987° chứng tỏ rằng máy dò hạt không thể đảm nhận cho các neutrino mặt trời còn thiếu, và lí thuyết của các quá trình hạt nhân trong các ngôi sao có vẻ không ổn. Từ đó, các nhà vật lí nhận ra kiến thức của họ về hành trạng neutrino là không hoàn chỉnh. Một cái gì đó đang xảy ra với các neutrino giữa Mặt trời và máy dò hạt, nhưng đó là cái gì?
Bằng chứng ủng hộ cho một hiện tượng khó hiểu khác, sự vướng víu lượng tử, cũng phát triển trong những năm 1980. Năm 1982, tại Viện Quang học ở Orsay, Pháp, Alain Aspect (1947– ) nghĩ ra một thí nghiệm kiểm tra sự vướng víu theo một cách khác với Clauser đã làm (xem chương trước). Cả thí nghiệm Aspect lẫn Clauser đều là những thí dụ của sự kiểm tra các bất đẳng thức Bell, thiết lập năm 1964 bởi nhà vật lí CERN người gốc Belfast, John Bell (1928–90), để xác định xem sự vướng víu lượng tử có thật sự xảy ra hay không. Thí nghiệm Aspect giải quyết những mối ngờ vực nhất định về giá trị của thí nghiệm Clauser và sự giải thích của nó. Để giải những thí nghiệm đó, các mối quan tâm ở đây đòi hỏi một trình bày triết lí và toán học nằm ngoài khuôn khổ của quyển sách này. Tuy nhiên, điều quan trọng là các kết quả của nhóm Aspect ủng hộ cho kết luận ban đầu của Clauser. Thí nghiệm đó đã thuyết phục đa số những người còn nghi ngờ rằng tự nhiên thật sự bị chi phối bởi các nguyên lí cơ lượng tử dẫn tới sự vướng víu, cho dù hiện tượng đó có “ma quái” như thế nào chăng nữa đối với một số người.
Trần Nghiêm dịch
Còn tiếp...
