Thien van hoc, thien van, kinh thien van, ong nhom, linh kien

Tiếp sau hạt Higgs

Sample imageSau nhiều năm, hạt Higgs cuối cùng cũng đã được tìm thấy bằng máy LHC đặt tại Thụy Sĩ

 

 

 

 

 


Nhiều thập kỷ trôi qua, các nhà vật lý đã hứa với cả thế giới rằng việc xây dựng một cỗ máy cực lớn là đáng đồng tiền bát gạo với chi phí có thể lên tới hàng tỷ đô la Mỹ. Cỗ máy này sẽ nhắm vào không gian trống rỗng để khám phá ra một hạt cơ bản đầy bí ẩn được gọi là Higgs boson. Sau nhiều năm khởi đầu sai lầm và thất vọng đi kèm với nó là gợi mở và hy vọng, hạt Higgs cuối cùng cũng đã được tìm thấy tại Large Hadron Collider (LHC) đặt tại bên ngoài thành phố Geneva (Thụy Sĩ). Đây quả thực là một sự kiện đáng ăn mừng, do đó chúng ta sẽ cùng đi tìm hiểu hạt Higgs là gì và tại sao nó lại quan trọng đến như vậy.



Vai trò của hạt Higgs trong vũ trụ
Kể từ khi các nhà khoa học cho thấy vũ trụ bắt đầu với một vụ nổ lớn, thì một số khác lại thắc mắc làm thế nào để các chuyển động hỗn loạn ban đầu với nhiệt độ cực cao lại bị nguội dần đi và trở thành một một lâu đài vũ trụ với cấu trúc phức tạp. Từ một quả cầu lửa không hình dạng của vụ nổ Bigbang, các nguyên tử bằng cách nào đó đã kết hợp lại với nhau để tạo lên các thiên hà ngập tràn các ngôi saohành tinh. Khi các nhà vật lý xây dựng các phương trình để mô tả sự chi phối của các hạt cơ bản và trường lực lên quá trình hình thành này, một cái gì đó đang tồn tại thực sự nhưng chưa được tìm thấy, đó là không có hạt cơ bản nào chịu trách nhiệm về khối lượng.
Năm 1964, nhà vật lý Peter Higgs thuộc Đại Học Edinburgh đã đưa ra đề xuất: ở thời điểm sơ khai (có thể là ở thời điểm một phần nghìn tỷ giây sau đó) vũ trụ đã diễn ra một quá trình chuyển pha. Cũng giống như cách một thanh sắt đột nhiên biến thành nam châm khi nhiệt độ giảm quá một ngưỡng nhất định, bản thân không gian cũng thu được một tính chất mới. Thay vì trường điện từ của nam châm thì ở đây không gian sẽ phải được bao phủ bởi một trường lực mới. Trường Higgs vì thế đã được ra đời.

Ở thời điểm đó, các nhà khoa học khác cũng tính toán ra kết quả tương tự, và kết quả sau đó đã cho thấy pha chuyển giao của hạt Higgs đã giải thích sự thống nhất tuyệt vời của hai lực cơ bản trong tự nhiên: lực điện - từ trường và lực hạt nhân yếu.


Mô hình chuẩn

Trước khi trường Higgs xuất hiện trong chân không, hai lực ở trên là một và không thể tách rời. Tất cả các hạt cơ bản của vật chất và trường lực trong mô hình toán học (Mô hình chuẩn) đều không xuất hiện yếu tố khối lượng. Sau đó hạt ánh sáng, hay photon cũng vẫn không có khỗi lượng và có vai trò truyền lực điện từ. Hạt truyền lực hạt nhân yếu và các hạt vật chất như electron, các quark thì lại có khối lượng.
Các nhà khoa học sử dụng nhiều phương pháp phân tích khác nhau để giải thích điều gì đã xảy ra. Về nguyên lý, các hạt cơ bản di chuyển qua không gian thì ít nhiều sẽ bị cản trở bởi sự có mặt của trường Higgs. Một vài trong số đó, ví dụ như photon, lại không hề bị cản trở và do vậy nó không có khối lượng, còn một số khác thì bị trường Higg cản lại giống như quả bóng bowling lăn qua bùn vậy. Sự cản trở chuyển động này (hay nói đúng hơn là sự thay đổi chuyển động) chính là định nghĩa của quán tính, còn quán tính lại chính là định nghĩa của khối lượng.

Đánh thức trường Higgs
Với trường Higgs, các nhà vật lý đã hoàn thiện được mô hình chuẩn, một mô hình mô tả chính xác các biểu hiện của tất các hạt cơ bản cũng như các trường lực đã biết, ngoại trừ trường hấp dẫn. Tuy nhiên họ vẫn thiếu chứng cớ để chứng minh sự tồn tại của trường Higgs. Chỉ có một phương pháp chắc chắn có thể thẩm tra tính hợp lệ của mô hình chuẩn: đó là khám phá một hạt - Higgs boson - hạt đã tạo ra trường Higgs.


Trong mô hình chuẩn, tất cả các hạt là một cái gì đó giống như những điểm nút trong một trường cơ sở, còn trường này thì lại được tạo ra bởi một nồng độ năng lượng vừa đủ. Nhiều bằng chứng khác nhau đã gởi ý rằng khối lượng của Higgs boson là rất lớn, có nghĩa là cần rất nhiều năng lượng để tạo ra một hạt Higgs. Chính vì vại Large Hadron Collider đã được thiết kế để tạo ra các vụ va chạm giữa các proton với năng lượng vượt qua khỏi mức vài nghìn tỷ electron volt. Nếu một Higgs boson được tạo ra nó sẽ tồn tại trong thời gian quá ngắn ngủi để có thể phát hiện. Tuy nhiên sự phân rã của nó lại có thể giúp chúng ta làm điều này. Chính vì điều này LHC đã được sinh ra để thực hiện nhiệm vụ cao cả đó. Các thiết bị dò tìm của LHC sẽ ghi lại các sản phẩm phân rã của Higgs theo những chiều hướng khác nhau bao gồm (như trong hình trên): một là tạo ra Z boson sau đó tạo ra 4 lepton (electron, positron, muon và antimuon); và một chiều hướng khác là nó kết thúc bằng cách tạo ra 2 photon. Phân tích những mảnh vỡ này đã chỉ ra cho chúng ta thấy khối lượng của bản thân Higgs boson đã khoảng 125 tỷ electron volt, tương đương với khối lượng của 133 proton.

Tiếp tục va chạm

Trong khi hạt Higgs đã điền vào chỗ còn trống trong mô hình chuẩn, cuộc tìm kiến để hiểu được vật chất và năng lượng của chúng ta hiện tại vẫn chưa đến hồi kết thúc. Vẫn còn một yếu tố đó là Trường hấp dẫn chưa kết hợp được vào bức tranh này. Và các nhà khoa học biết rằng vũ trụ vẫn đang ẩn chứa nhiều vật chất hơn rất nhiều những gì mà mô hình chuẩn có thể đáp ứng. Chúng ta vẫn cần phải tìm ra những mảnh ghép hoàn toàn mới cho bức tranh để có thể giải thích được vật chất tối đang lẩn trốn trong không gian, lượng vật chất tối này có số lượng lớn hơn rất nhiều lần vật chất thông thường. Và rất có thể LHC sẽ lại tiếp tục khám phá ra những hạt cơ bản này. Các nhà lý thuyết cho rằng những hạt cơ bản này có thể được mô tả bởi một cơ sở toán học siêu đối xứng, trong đó nó thừa nhận mỗi hạt cơ bản chúng ta đã biết đều có một hạt đi kèm với nó dưới dạng bóng - a shadow partner particle (như mô tả ở hình trên). Nếu như vậy, sẽ có nhiều hơn một trường Higgs lấp đầy trong không gian, như vậy có nghĩa là Higgs boson vẫn đang chờ ai đó trong chúng ta khám phá ra chúng.

 Tom Siegfried
Nguồn ScienceNews
Biên dịch : Fallingstars - CLB thiên văn Hà Nội

 

 
  • Bài viết mới

  • LỊCH ÂM DƯƠNG

  • Bài đọc nhiều

  • Tin đáng chú ý

Tin diễn đàn

Mỗi ngày một ảnh thiên văn Sample image Mỗi ngày tại địa chỉ này sẽ cập nhật một ảnh thiên văn từ đó chúng ta có thể biết.
Cuộc thi tên lửa nước 2012 Sample image Hội thiên văn nghiệp dư Hà Nội thông báo về cuộc thi tên lửa nước 2012
Lớp học kính thiên văn Sample image Lớp học kính thiên văn Hội thiên văn nghiệp dư Hà Nội tổ chức năm 2012 .

Video về Mặt Trăng từ lúc hình thành cho đến bây giờ.

Liên kết