Hạt của chúa là gì ?

Trong vài thập kỷ qua, giới vật lý hạt đã xây dựng được một mô hình lý thuyết chuẩn, tạo nên bộ khung về kiến thức các hạt và lực cơ bản trong tự nhiên. Một trong những thành phần cơ bản của mô hình này là trường lượng tử giả thiết phổ biến, chịu trách nhiệm cung cấp khối lượng cho phân tử. Trường này có tên gọi là trường Higgs. Là hệ quả của đối ngẫu sóng - hạt, tất cả các trường lượng tử đều có một hạt cơ bản đi kèm. Hạt đi kèm với trường Higgs được gọi là hạt Higgs, hay Higgs boson.

Vì trường Higgs chịu trách nhiệm về khối lượng, việc các hạt cơ bản có khối lượng được nhiều nhà vật lý coi như một dấu hiệu cho thấy sự tồn tại của trường Higgs. Giả sử hạt Higgs tồn tại, chúng ta có thể suy luận được ra khối lượng của nó dựa trên tác động mà nó tạo ra đối với thuộc tính của các hạt và trường khác. Tuy nhiên, việc hạt Higgs có tồn tại hay không vẫn là điều khiến nhiều người tranh cãi.

Manh mối tìm ra hạt Higgs

Gần đây, TS Peter Renton, nhà vật lý hạt thuộc ĐH Oxford (Anh), vừa cho công bố phương pháp tiếp cận hạt Higgs của mình trên tạp chí khoa học danh tiếng Nature. Ông cho biết đã lần ra được manh mối về hạt Higgs nhờ các nhà nghiên cứu tại một cơ sở nghiền nguyên tử ở Thuỵ Sỹ. Nếu phát hiện của TS Renton là chính xác, khối lượng của loại hạt khó nắm bắt này sẽ được xác định ở vào khoảng 115 gigaelectronvolts.

Niềm tin của TS Renton bắt đầu từ một tín hiệu do máy va đập positron electron lớn (LEP) ở Geneva (Thụy Sỹ) tạo ra. Đến giờ phút này, cỗ máy đã bị tháo rời ra để thay thế bằng một cỗ máy khác - máy va đập hadron lớn (LHC). Tuy nhiên, có 9% khả năng là tín hiệu này được tạo ra từ "tiếng động" nền. Trước khi máy gia tốc LEP chính thức ngừng hoạt động, các nhà vật lý học đã dùng nó để gửi electron và positron về các hướng đối nghịch quanh đường ống tròn có chu vi khoảng 27km. Khi các hạt này va đập với nhau, chúng tạo ra một nguồn năng lượng rất lớn. Bản thân các vụ va chạm như thế quá nhỏ để phục vụ cho công tác nghiên cứu, nhưng những hạt mới nặng hơn có thể xuất hiện sau va chạm.

Hạt Higgs có độ bất ổn định rất cao, vì vậy chúng nhanh chóng phân rã khi được tạo ra. TS Renton cho biết ông đã có những bằng chứng gián tiếp từ việc quan sát hành vi của các loại hạt khác trong máy va đập, phù hợp với con số 115 gigaelectronvolt - khối lượng của hạt Higgs.

Các nhà vật lý đã quan sát 16 hạt hình thành tất cả mọi vật chất theo mô hình chuẩn dành cho hạt và tương tác cơ bản. Tuy nhiên, nếu chỉ nghiên cứu riêng các hạt này thì mô hình chuẩn tỏ ra không đúng lắm. Bởi nếu chỉ có 16 hạt trên tồn tại, chúng sẽ không có khối lượng, ngược với những gì chúng ta biết về tự nhiên. Chắc chắn phải có một loại hạt khác cung cấp khối lượng cho chúng - đấy chính là hạt Higgs, được đặt theo tên của nhà vật lý Peter Higgs thuộc ĐH Edinburgh (Anh) khi ông này lần đầu tiên đề xướng vào năm 1960.

Đường ống vòng trong máy gia tốc LEP sử dụng cho các hạt va đập.

Theo nhóm nghiên cứu của Peter Higgs, tất cả mọi hạt lấy khối lượng của chúng thông qua tương tác với một trường phổ biến (trường Higgs), do hạt Higgs mang theo. Tầm quan trọng của hạt Higgs trong mô hình chuẩn đã khiến cho một số nhà vật lý học phải gọi nó là "hạt của Chúa". TS Renton hy vọng khi máy va đập hadron lớn lắp đặt xong và đưa vào vận hành từ năm 2007, ông sẽ phát hiện ra hạt Higgs trong thời gian một - hai năm.

Khánh Hà (Tổng hợp)