Hạt Boson Higgs có thể làm thay đổi vũ trụ như thế nào.
Lisa Randall, Newsweek, 19/12/ 2011, Hiếu Tân dịch
Lisa Randall nhà vật lý lý thuyết, sinh năm 1962 ở New York. Tốt nghiệp đại học Harvard, bà đã giảng dạy tại Đại học Princeton và Học viện kỹ thuật Massachusets (MIT), sau đó tại Harvard. Năm 2007, bà được tạp chíTimes bầu chọn vào danh sách 100 nhân vật có tầm ảnh hưởng nhất thế giới.
Ảnh: NASA
Sự kích động đến từ châu Âu đầu tháng này là quá rõ ràng. Các thí nghiệm đã gợi ra sự phát hiện một thành phần cơ bản mới của tự nhiên - một hạt có tên gọi là hạt boson Higgs[1]. Đây không chỉ là một hạt, mà là một hạt có khả năng tiềm tàng nói với chúng ta rằng lý thuyết mà các nhà vật lý đã và đang sử dụng để hiểu các hạt cơ bản của vật chất trong vòng nửa thế kỷ qua được đặt trên một nền tảng vững chắc.
Ngay cả những người không liên quan gì đến khoa học - những người [nói tiếng Anh] mà các thuật ngữ "trường Higgs", "gigaelecronvolt" và "hadron" nghe cứ như tiếng nước ngoài - cũng sửng sốt, hào hứng với khá niệm rằng chúng ta đang đang mấp mé tháo gỡ những bí mật mà trước đây nằm ngoài tầm với của chúng ta.
Thật ra, thuật ngữ "hadron" nói đến những hạt tương tác thông qua một trong bốn lực của tự nhiên được biết như lực hạt nhân mạnh. Các thí nghiệm hạt boson Higgs diễn ra trong Máy Va chạm Hadron Lớn (Large Hadron Collider - LHC), một máy gia tốc hạt khổng lồ nằm ngang biên giới Pháp - Thụy Sĩ. Trong mê lộ LHC ngầm dưới đất, các nhà khoa học có thể quan sát sự va chạm của các proton - một loại hadron - đã được tăng tốc đến gần tốc độ ánh sáng. Những proton này va chạm một tỉ lần trong một giây trong một khu vực nhỏ hơn sợi tóc người. Khi va chạm, chúng có thể biến thành năng lượng, như lý thuyết Einstein đã tiên đoán, và năng lượng này sau đó có thể tạo ra những loại vật chất mới, chưa từng thấy bao giờ.
Buổi chiều ngày thứ ba, 13 tháng 12 ở Geneva, những người phát ngôn từ hai nhóm thí nghiệm LHC chính, gọi là ATLAS và CMS đã loan báo tình trạng tìm kiếm của hai nhóm tương ứng về hạt boson Higgs. Được đặt tên theo nhà vật lý Anh Peter Higgs, hạt này - nếu nó tồn tại - sẽ nói với chúng ta rằng thủ thuật Higgs (ý tưởng nửa thế kỷ để tìm hiểu các hạt cơ bản làm thế nào có được khối lượng của chúng) là đúng. Những khối lượng đó là thiết yếu đối với phần lớn cấu trúc mà chúng ta thấy trong thế giới. Nếu các electron không có khối lượng, thì các nguyên tử không thể hình thành. Và như thế thì cũng không có các thiên hà, các hành tinh, hay sự sống. Với cấu trúc này ngoài thủ thuật Higgs còn có nhiều cái khác, nên cái tên "hạt Thượng Đế" do nhà vật lý được Giải Nobel Leon Lederman đặt cho và các phương tiện truyền thông đại chúng thêm mắm thêm muối vào, có thể hơi sai lạc.
Tuy nhiên, thủ thuật Higgs là cực kỳ quan trọng đối với lý thuyết hiện nay về các yếu tố cơ bản của vật chất. Higgs và các đồng nghiệp của ông đã đưa ra lý thuyết rằng bản thân không gian có chứa một loại điện tích. Các hạt cơ bản có được khối lượng thông qua tương tác của chúng với điện tích này (bạn có thể nghĩ về điện tích này như một máy camera giao thông làm các xe lưu thông trên đường đi chậm lại ngay cả khi không có người cảnh sát thật nào đứng ở đó). Không gian không được điền bằng các hạtboson Higgs - bạn cần một máy va chạm mạnh cỡ như LHC để làm ra chúng - nhưng các hạt boson Higgs là dấu hiệu mách bảo rằng trong không gian thật sự có một "điện tích" như thế.
Nhưng đây là điểm then chốt: thủ thuật Higgs chưa được xác minh bằng thí nghiệm. Lý do tin tức từ Geneva kích động đến thế là do các nhà khoa học ở LHC có thể đã đi đến một bước gần hơn để chứng minh nó. Một phát minh như thế không thể đảo ngược thế giới của chúng ta ngày một ngày hai. Nhưng khoa học cơ bản là như thế. Đối với mọi chân lý cơ bản và sâu sắc mà chúng ta biết về tự nhiên, hiếm khi rõ ràng ngay lập tức chúng sẽ gợi lên điều gì. Khi mới phát minh ra điện, không ai biết rằng chẳng bao lâu các bóng đèn điện sẽ phủ kín trái đất. Khi mới phát minh ta cơ học lượng tử, không ai đoán trước được các chất bán dẫn và cuộc cách mạng điện tử tiếp theo sau. Vẫn còn chưa rõ việc phát minh ra hạtboson Higgs sẽ có nghĩa gì 10, 20 hay 100 năm sau, nhưng các nền văn hóa trong đó con người biết nhiều hơn về thế giới của họ, và nơi mà khoa học được coi trọng, dường như rốt cục cuộc sống tốt đẹp hơn.
Tôi nghe loan báo về hạt Higgs qua một kết nối Internet chập chờn mà đôi khi tôi liếc qua Twitter, nơi những người trực tiếp nghe câu chuyện đang diễn ra đem lại một tường thuật nóng hổi về những cuộc nói chuyện. Mặc dầu ở chỗ tôi. California, lúc đó mới 5 giờ sáng, nhưng dậy sớm để nghe thế này thật cũng bõ công. Đối với tôi, một nhà vật lý mà công việc một phần tư thế kỷ qua là tập trung vào những bí mật của vật chất, mọi manh mối về hạt boson Higgs có thể cung cấp những lóe sáng có giá trị và chờ đợi từ lâu. Cuộc nói chuyện đầu tiên là của Fabiola Gianotti, nhà lãnh đạo xuất sắc của thì nghiệm ATLAS, người giới thiệu bằng chứng về việc một hạt Higgs phân rã thành các photon và cũng thành các hạt khác. Bà giữ vẻ thận trọng nghiêm trang cần thiết, nhưng đôi khi cũng không giữ được chốc chốc lại nở ra một nụ cười khi bà nói. Nghe bà nói, tôi cũng cảm thấy phấn khích. Trong khoảnh khắc tôi thậm chí đã tin hạt Higgs có lẽ đã được tìm thấy thật rồi.
Nhưng hy vọng của tôi có lẽ là quá sớm, như tôi đã thấy trong bài nói của CMS sau đó. Than ôi, bằng chứng của CMS cho một hạt yếu ớt hơn nhiều. Các nhà nghiên cứu của nó không thể bác bỏ hạt boson Higgs. Nhưng họ cũng không thể nói rằng họ đã trông thấy nó.
Tin tốt là với bốn lần dữ liệu sẽ đến trong năm sau (LHC đã cải thiện rất nhiều qua mỗi năm hoạt động), ngay cả những người thận trọng nhất và hoài nghi nhất trong số chúng ta cũng tin rằng chúng ta sẽ biết câu trả lời - ít nhất về hạt boson Higgs - trong năm sau.
Và nếu những manh mối về phát minh này là sai, nó cũng không có nghĩa rằng toàn bộ câu chuyện này là sai - có khả năng nhiều hơn nó sẽ có nghĩa rằng một lý thuyết tế vi hơn sẽ giải thích ''điện tích" trong không gian đem lại khối lượng cho các hạt. Điều trớ trêu lớn là, đối với các nhà vật lý việc không tìm thấy một hạt Higgs kỳ diệu sẽ hướng đến một cái gì đó có tiềm năng còn thú vị hơn. Những cuộc nghiên cứu tìm tòi trong tương lai có thể bộc lộ một hạt đẹp kỳ lạ giống-như-hạt-boson-Higgs có cách phân rã khác với cách trong mô hình chuẩn, hoặc là hạt boson Higgs có thể là một vật phức tạp hơn cấu thành từ nhiều thành phần nhỏ hơn, như mộtproton cấu thành bởi những hạt cơ bản nhỏ hơn gọi là hạt quark.
Galileo đã nhận ra đầu tiên giá trị của các thí nghiệm: những hoàn cảnh nhân tạo mà các nhà khoa học lập ra để nghiên cứu một hiện tượng nào đó. Ông nói ngoài việc tìm ra những phát minh mới hoặc chứng minh một ý tưởng đúng; họ đã đi tới một việc cũng quan trọng không kém, là bác bỏ những ý tưởng. Tôi gần đây đã làm dịu đi một cuộc nói chuyện giữa bốn nhà vật lý được giải Nobel ở Viện Bảo tàng Rockie ở Montana. Một nhà lý thuyết của cuộc hội thảo cảm ơn người làm thí nghiệm đã tìm ra hạt chứng minh lý thuyết của ông và nhờ vậy ông được giải thưởng của Thụy Điển. Câu trả lời của nhà thí nghiệm là ông kia không nên cám ơn ông - nếu chứng minh được rằng lý thuyết của ông kia là sai, ông chắc cũng sẽ hạnh phúc như vậy. Biết được điều gì đã được hiểu rõ hay chưa được hiểu rõ trong tự nhiên sẽ dẫn đường chúng ta trong những cuộc nghiên cứu khi chúng ta tiến lên, và sẽ giúp chúng ta đề cập những câu hỏi còn sâu xa hơn nữa về không gian và vật chất tạo nên vũ trụ./.
[1] Đọc thêm: Vượt ra ngoài Thượng Đế: http://vanchuongviet.org/index.php?comp=tacpham&action=detail&id=17534
| |
| Hiếu Tân | |
.jpg)
.jpg)
.jpg)
