 |
| Các nhà khoa học tại CERN cho các proton va chạm với nhau để tìm kiếm những hạt và lực mới. Ảnh: Fabrice Coffrini/Agence France-Preasse. |
Theo The New York Times, hai nhóm chuyên gia vật lý làm việc độc lập tại máy gia tốc hạt lớn (LHC) của Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN), báo cáo họ quan sát thấy dấu vết của một loại hạt mới.
Nếu điều này là thật, nhiều khả năng đây là phiên bản nặng hơn của hạt higgs boson, một nhân tố quan trọng giúp giải thích nguyên nhân các hạt hạ nguyên tử khác có khối lượng. Giả thuyết khác cho rằng nó là graviton, một hạt lượng tử cơ bản được tiên đoán mang năng lượng hấp dẫn, bằng chứng cho sự tồn tại của không gian - thời gian đa chiều.
LHC được xây dựng với chi phí vài chục tỷ USD, để tăng tốc proton quanh một đường ngầm dài 29 km với tốc độ lớn hơn 99% tốc độ ánh sáng. Các proton này sẽ va chạm và vỡ ra, cho phép các nhà khoa học tìm kiếm hạt mới và các lực tự nhiên.
Nhờ phương trình tương đương giữa khối lượng và năng lượng của Albert Einstein, càng nhiều năng lượng đổ vào va chạm, những phân tử sinh ra từ va chạm có khối lượng càng lớn. Theo logic của kính hiển vi lượng tử, các phân tử càng sử dụng nhiều năng lượng, nhà vật lý càng dễ quan sát thấy những chi tiết nhỏ hơn và sâu xa hơn của tự nhiên.
Đặt dọc theo đường hầm ngầm là một cặp kết cấu sáu lớp khổng lồ bao gồm máy tinh, tinh thể, dây dẫn và nam châm. Hai tổ nghiên cứu Atlas và CMS duy trì với 3.000 nhà vật lý mỗi nhóm nhằm phát hiện và phân loại mọi thứ đến từ vi mẫu của những va chạm.
Trong hai năm đầu tiên hoạt động, LHC bắn ra những proton, khối cơ bản của mọi vật chất, với năng lượng lên tới khoảng 4 nghìn tỷ eV, một đơn vị trung gian của khối lượng và năng lượng. Khi so sánh, các proton thường nặng khoảng một tỷ eV trong khi con số tương ứng với hạt Higgs boson là khoảng 125 tỷ điện eV.
Từ tháng 6/2015, sau hai năm ngừng hoạt động, các nhà vật lý của CERN tái khởi động máy gia tốc với mức năng lượng gần gấp đôi giá trị dùng để phát hiện ra hạt Higgs. Các proton va chạm với năng lượng 6,5 nghìn tỷ eV để tìm kiếm các hạt mới cho phép con người hiểu sâu hơn về những định luật vật lý.
Kết quả đáng chú ý nhất cho đến nay được các nhà vật lý báo cáo hôm 15/12 là sự dư thừa cặp tia gamma tương ứng với năng lượng khoảng 750 tỷ eV. Các tia gamma có thể ra đời từ sự phân rã phóng xạ của một hạt mới, trong trường hợp này là một hạt có dạng giống với hạt Higgs boson, cũng được nhận thấy qua sự phân hủy thành chùm tia gamma.
Nó cũng có thể là một hạt lớn hơn từng bước phân rã thành một cặp photon. Do chưa có mô hình dự đoán điều này, các nhà khoa học tỏ ra rất hứng thú.
"Càng bất thường càng tốt", Joe Lykken, giám đốc nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm gia tốc quốc gia Fermi kiêm thành viên của CERN, cho biết. "Nó sẽ mang tới cho chúng tôi nhiều điều để suy nghĩ. Chúng tôi được trả lương để đưa ra các phân tích".
"Là các nhà thực nghiệm, chúng tôi chứng kiến một con thú 750 tỷ eV phân rã thành hai photon", Maria Spiropulu, giáo sư tại Đại học Công nghệ California, Mỹ, và thành viên một trong hai nhóm phát hiện ra tín hiệu này chia sẻ.
Những kết quả mới này được dựa trên phân tích 400.000 tỷ va chạm giữa các proton.
Kết quả cuối cùng có thể là một cuộc cách mạng với những manh mối đầu tiên về lý thuyết tự nhiên vượt ra ngoài mô hình chuẩn - lý thuyết đã thống trị nền vật lý trong suốt một phần tư thế kỷ qua.
Tuy nhiên, giới nghiên cứu vật lý cho rằng còn quá sớm để khẳng định phát hiện. Lịch sử vật lý hạt luôn chứa đầy rẫy quan sát bất thường mang tính xác suất, thường biến mất khi các dữ liệu thống kê được tập hợp đầy đủ hơn.
"Tôi nghĩ đây chưa phải là kết luận cuối cùng," Kyle Cranmer, nhà vật lý tại Đại học New York, Mỹ, làm việc trong nhóm Atlas, nhận định. "Nhưng nó sẽ là bước đột phá lớn nếu trở thành sự thật".
Kết quả nghiên cứu của Atlas càng trở nên tin cậy hơn khi một nhóm nghiên cứu khác tại CERN tên là CMS cũng tìm thấy tín hiệu ở cùng một vị trí. "Thật tuyệt vì nó không phải là một tín hiệu nhiễu trong một kênh truyền dẫn sạch", Nima Arkani-Hamed, một nhà lý thuyết hạt tại Viện Nghiên cứu Cao cấp ở Princeton, New Jersey, Mỹ, cho biết.
Các nhà vật lý không tránh khỏi cân nhắc điều gì sẽ xảy ra nếu lịch sử sắp lặp lại. Bốn năm trước, cũng chính hai nhóm nghiên cứu Atlas và CMS đã phát hiện những tín hiệu trùng hợp trong dữ liệu của LHC, và hạt Higgs boson được khám phá 6 tháng sau đó.
Hạt Higgs boson là miếng ghép còn thiếu cuối cùng của mô hình chuẩn, được mệnh danh là 'hạt của Chúa' bởi nó giúp các nhà khoa học giải thích mọi điều về hạt hạ nguyên tử và lực tự nhiên. Tuy nhiên, còn những câu hỏi mà mô hình chuẩn không thể trả lời như điều gì xảy ra ở tận cùng của hố đen , nhận dạng của vật chất tối và năng lượng tối thống trị vũ trụ, hoặc tại sao vũ trụ là vật chất mà không phải phản vật chất.
Một phát hiện như thế sẽ báo trước tương lai thành công cho những chuyến du hành vũ trụ và cho cả CERN, khi trung tâm này dự kiến sẽ hoạt động trong 20 năm nữa. Nó cũng giúp nâng cao giá trị của các đề xuất hiện nay còn nằm trên bàn giấy ở Trung Quốc và các nước khác, nhằm xây dựng những thí nghiệm va chạm lớn hơn và mạnh hơn.
Thanh Tùng
