Những điều bạn sẽ muốn biết về ‘Hạt của Chúa’

Các nhà khoa học cho biết đã tìm ra các manh mối về sự tồn tại của hạt Higgs, một dạng hạt sơ cấp dưới nguyên tử và là thành phần chính của vũ trụ.

Tại một cuộc họp báo rất được mong đợi, các nhà nghiên cứu đã công bố 2 thí nghiệm độc lập được thực hiện bởi Máy gia tốc hạt lớn – Large Hadron Collider (LHC) tại Geneva, Thụy Sĩ lộ diện những dấu hiệu về sự tồn tại của “Hạt của Chúa” – Higgs.

Trong các thí nghiệm chưa có đủ bằng chứng để xác nhận sự tồn tại của hạt Higgs, tuy nhiên các nhà khoa học cho rằng nếu nắm bắt được những hạt bí ẩn này thì đây sẽ là thành tựu lớn nhất của khoa học nhân loại trong 50 năm qua.

Hạt Higgs là gì?

Trong lý thuyết về hạt của vật lý hiện đại, người ta đưa ra những kiến thức về cấu tạo cũng như tương tác của các hạt cơ bản và các vật chất khác trong vũ trụ. Tuy nhiên nó vẫn có một khiếm khuyết là chưa giải thích được cách mà các hạt cơ bản hình thành nên khối lượng của mình. 

Đến nay vẫn chưa có lý thuyết nào giải thích về khối lượng của hững hạt có cấu tạo hạ nguyên tử như electron, proton, notron là những hạt cấu tạo nên nguyên tử. Các nhà khoa học tin rằng việc khám phá và nghiên cứu hạt Higgs có thể sẽ đưa ra những manh mối giải đáp thắc mắc này.

Mô hình miêu tả hạt Higgs sau khi vỡ ra từ các va chạm của proton ở tốc độ cao trong Máy gia tốc hạt lớn.

Các nhà nghiên cứu cho biết, những loại hạt cơ bản như quark và electron là nhân tố cơ bản cấu tạo nên tất cả các vật chất của vũ trụ đã được nghiên cứu. Việc tìm hiểu về hạt Higgs sẽ giải thích được nguồn gốc hình thành khối lượng các hạt cơn bản và lấp đầy những chỗ còn khiếm khuyết trong lý thuyết vật lý hiện đại.

Hạt Higgs hoạt động như thế nào?
 
Hạt Higgs là một phần trong lý thuyết được đề xuất bởi nhà vật lý Peter Higgs và các đồng nghiệp của mình vào những năm 1960 để giải thích sự hình thành khối lượng của các hạt cơ bản. Với lý thuyết này, các nhà khoa học đã đề xuất một giải thuyết về sự tồn tại của một trường lực Higgs ở khắp nơi trong vũ trụ.
 
Trong trường lực này khi phóng to lên chúng ta có thể thấy những tương tác giữa các hạt với cụm hạt Higgs. Từ đây sẽ có những hạt ở lại xung quanh cụm hạt Higgs với số lượng khác nhau. Để dễ hiểu hơn, các bạn có thể tưởng tượng vũ trụ của chúng ta là một buổi tiệc đông người. Ở đó có những vị khách đến và đi nhanh chóng, tuy nhiên cũng có 1 lượng khách khác bị thu hút bởi 1 nhóm người nào đó (là cụm hạt Higgs) sẽ làm họ rời đi chậm hơn bình thường.
 
Vận tốc chuyển động của các hạt qua trường Higgs có cùng một giá trị tương đương nhau. Tuy nhiên tùy theo độ lớn của các cụm hạt Higgs mà khối lượng đạt được của các hạt cơ bản sẽ có giá trị khác nhau.
 
Tại sao việc tìm ra hạt Higgs lại vô cùng quan trọng?
 
Theo các nhà khoa học, việc nghiên cứu và làm rõ nguyên lý làm việc hạt Higgs sẽ giải đáp những thắc mắc của nhân loại về cách vũ trụ hoạt động. Quan trọng hơn nữa là nó sẽ lấp đầy những khoảng trống trong lý thuyết vật lý hiện đại còn khuyết thiếu trong suốt 50 năm qua.
 
Nhà vật lý Martin Archer đến từ Đại học Imperial, London phát biểu với CNN: “Hạt Higgs là mảnh ghép cuối cùng trong bức tranh mô tả sự hiểu biết của loài người về bản chất của những loại hạt cơ bản nhất trong vũ trụ. Nó không phải là tất cả và cũng không phải là sự kết thúc của khoa học, tuy nhiên nó giúp chúng ta có cái nhìn thiết thực hơn về thế giới này và giải thích được thế giới này bao gồm những gì.”
 
Ông Gordon Kane, giám đốc Trung tâm Vật lý lý thuyết Michigan cho biết thêm, nếu có thể thu được những dấu vết về hạt Higgs thì đây sẽ là thành công vĩ đại của con người cũng như khoa học trong 4 thế kỷ qua.

Một phần bên trong Máy gia tốc hạt lớn LHC.

Nguồn gốc cái tên “Hạt của Chúa”
 
Cái tên phổ biến này bắt nguồn từ một tiêu đề trong cuốn sách của chủ nhân giải Nobel Vật lý Leon Lederman. Ông đã dùng cái tên này để gọi loại hạt vô cùng khó kiểm soát này. Tâm sự với mọi người, ông nói rằng cái tên này còn quá nhẹ nhàng với nó – hạt Higgs, ông muốn nó là “Hạt chết tiệt” hơn vì sự khó khăn trong việc nắm giữ được nó.
 
“Hạt của Chúa là cái tên tôi không thích lắm,” – nhà vật lý Archer cho biết – “Thực sự là chẳng có gì liên quan đến tôn giáo ở đây cả. Điểm chung duy nhất của hạt Higgs và Chúa là sự hiện diện ở khắp mọi nơi, trong mọi không gian.”
 
Cách mà các khoa học tìm ra hạt Higgs
 
Trong hơn 1 năm qua, liên tục các thí nghiệm đã được thực hiện bởi các nhà khoa học. Họ đã tiến hành tạo nên các va đập giữa các proton năng lượng cao trong máy gia tốc khổng lồ (LHC) tại Venega, Thụy Sỹ. Bên trong LHC là một đường ống khổng lồ được đặt dưới mặt đất 100m có chu vi 27km. Đây là thiết bị máy móc lớn nhất thế giới từng được chế tạo cho đến ngày hôm nay.
 
Khi tiến hành các thí nghiệm va chạm tốc độ cao của các hạt proton, nó sẽ vỡ ra những phần nhỏ hơn và giúp các nhà khoa học nhận ra được những dấu hiệu của hạt Higgs. Theo các nhà nghiên cứu, đến nay những gì mà họ có thể quan sát được đó là một dấu hiệu nhận biết vô cùng bé mỗi khi xảy ra va chạm.
 
Vì nó đến và đi rất nhanh – gần như không thể nắm bắt nổi, nên những gì mà các nhà khoa học đang nhìn thấy chỉ là những tàn tích còn lại của Higgs sau khi nó biến mất. Giờ đây họ đang ngày giảm dần khối lượng của những phần tử quan sát được sau va chạm.
 
Sau một năm với ngày càng tiến gần đến các dấu hiệu tồn tại của hạt Higgs các nhà khoa học đã tự tin khẳng định họ đã đi đúng con đường cần đi. 

Nhà vật lý Archer giải thích về cách quan sát hạt Higgs sau va chạm trong LHC với CNN (Video: CNN)

Điều gì sẽ xảy ra nếu các nhà khoa học không kiểm soát được hạt Higgs?
 
Theo Archer và sự đồng thuận chung của các viện nghiên cứu vậy lý trên thế giới thì hạt và trường lực Higgs là có tồn tại. Tất cả mọi người đều đã có những kiến thức và điều kiện để hình thành nên định nghĩa về chúng, ít nhất là theo cách đơn giản mà chúng ta đang đề cập.
 
Tuy nhiên hầu như các nhà khoa học đều đang trông đợi vào sự làm việc của LHC, họ tin rằng LHC có thể khẳng hay phủ định hoàn toàn lý thuyết về hạt Higgs sau khi nó làm việc. Nếu như LHC không thể tìm thấy các hạt Higgs một cách rõ ràng thì các nhà khoa học cũng chấp nhận nó không tồn tại.
 
Khi đề cập đến khả năng này, Archer cũng cho rằng nếu điều đó xảy ra thì nó sẽ trở thành 1 chủ đề thú vị hơn nhiều so với Higgs. Khi đó chúng ta sẽ hiểu rằng cấu tạo cơ bản của vũ trụ sẽ không phức tạp như chúng ta vẫn nghĩ và các nhà khoa học đã sai lầm khi tấn công các lý thuyết vật lý hiện đại.
 
Tùng Đinh