Số liệu mới xác nhận hạt của Chúa

- Ngày 14/3 là một ngày đẹp: ngày sinh nhà khoa học vĩ đại Albert Einstein và đồng thời Ngày của số Pi (gọi là Pi-Day). Cũng trong ngày đặc biệt này, xuất hiện những thông tin mới về một hạt cơ bản mới mà thế giới khoa học đang mong đợi, hạt Higgs Boson…

Hôm thứ Năm, 14/3/2013, tại Hội nghị khoa học diễn ra ở  Moriond, ở La Thuile, nước Ý, các nhóm nghiên cứu  ATLAS và CMS trên Máy gia tốc lớn Large Hadron Collider (LHC) của Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN) đã trình bày các kết quả mới và quan trọng khẳng định thêm sự tồn tại hạt Higgs Boson được phát hiện năm 2012 vừa rồi.

Hơn 8 tháng trước đây, ngày 4/7/2012, tại thành phố Meyrin, bang Geneve, Thụy Sỹ đã diễn ra cuộc hội thảo. Ở đây các nhà khoa học của LHC đã công bố: Một loại hạt mới có các đặc điểm tương thích với hạt cơ bản Higgs - hay còn gọi là "hạt của Chúa" - được phát hiện qua phân tích các số liệu thí nghiệm tích lũy suốt hai năm 2011-2012 trên cỗ máy LHC. Hạt mới này có khối lượng khoảng 125-165 GeV, nặng nhất so với các hạt từng được tìm thấy trước đây. 

Khối lượng này là một đặc điểm quan trọng chứng tỏ sự tương ứng với hạt Higgs Boson; hay còn gọi "hạt của Chúa", là hạt cơ bản do nhà vật lý lý thuyết Anh, Peter Higgs đưa ra năm 1964 trong Mô hình chuẩn lý thuyết mô tả về tính tương tác mạnh, yếu của tất cả các hạt hạ nguyên tử và được dùng để giải thích mọi hiện tượng trong vũ trụ. 

Điều quan trọng là trong mô hình chuẩn này còn một ô trống cho một hạt “giả thiết” trong lý thuyết nhưng chưa tìm ra trong thực nghiệm, tạm gọi là hạt Higgs Boson.
 
Tuy nhiên, hồi đó (ngày 4//7/2012), các nhà phát ngôn của CERN vẫn chưa xem các thông tin đưa ra là kết luận chính thức, và cho hay quá trình kiểm tra vẫn còn tiếp tục để sớm có kết luận chính thức.

Từ đó đến nay, số liệu thực nghiệm được phân tích tăng thêm trên 2,5 lần nữa. Và các kết quả phân tích mới này chứng tỏ hạt tạo được trên cỗ máy LHC càng giống hơn với hạt Higgs Boson đang săn tìm.

Cần nói thêm rằng, mỗi hạt cơ bản, ngoài khối lượng hay năng lượng, còn được đặc trưng bởi các đặc trưng lượng tử khác, chẳng hạn spin (mô tả sự chuyển động quay của hạt) hay tính chẵn lẻ (mô tả tính đối xứng gương đối với hệ tọa độ không gian).

Tùy loại hạt, spin có thể là số nguyên (như 0, 1, 2, 3….) hay bán nguyên (như ½, 3/2. 5/2 …). Và số chẵn lẻ nhận chỉ hai giá trị: âm (-) hay dương (+)…  Theo lý thuyết, hạt Higgs Boson phải có spin bằng 0 (zero) và số chẵn lẻ dương (+). 

Spin và sỗ chẵn lẻ xác định bằng cách nào? Khi một hạt nặng (như Higgs Boson) phân rã thành các hạt nhẹ hơn, spin và số chẵn lẻ của một hạt ảnh hưởng đến các góc bay ra của những hạt nhẹ. Bằng cách nghiên cứu các đồ thị phân bố góc bay ra của các hạt nhẹ, các nhà phân tích có thể tìm ra giá trị của spin và chẵn lẻ của hạt nặng ban đầu.

Bằng phương pháp trên, hai nhóm nghiên cứu CMS và ATLAS ở LHC đã đi đến khẳng định mạnh mẽ rằng, hạt nặng mới tạo ra trên chùm của cỗ máy LHC rất giống là hạt Higgs Boson.

Mặc dù vậy, theo người phát ngôn của nhóm CMS, Joe Incandela: "Các kết quả sơ bộ rút ra từ dữ liệu thu thập trong cả năm 2012 thực là “hoành tráng” và với riêng tôi rõ ràng là chúng ta đang chạm đến hạt Higgs Boson.
Các kết quả mới rất đẹp đẽ trên đây thể hiện sự nỗ lực rất lớn của các nhà chuyên môn. Họ chỉ ra hạt mới có spin và số chẵn lẻ của hạt Higgs Boson đúng như trong Mô hình Chuẩn.

Tuy thế, các kết quả nói trên chỉ được xem như là sơ bộ, cần phải tiếp tục kiểm chứng thêm. Người phát ngôn của nhóm ATLAS, ông Dave Charlton, cho biết: “Chúng tôi bây giờ bắt tay khởi động một chương trình đo mới riêng biệt với Higgs". 

Khó khăn ở phía trước vẫn còn rất lớn. Vì… vì sác suất ghi được chính xác những hạt Higgs này là cực hiếm, chỉ xuất hiện mỗi một hạt trong số 1 triệu triệu (1012) cú va chạm proton-proton trên chùm hạt máy gia tốc. Như vậy, đòi hỏi sự phân tích khối lượng lớn hơn nữa các dữ liệu được thu thập trên cỗ máy siêu gia tốc HCL có giá 10 tỷ USD.

Công sức và thời gian còn phải bỏ ra nhiều hơn nữa, nhiều như các số lẻ của con số Pi vậy. Để đi đến kết quả khoa học ở tầm thế kỷ, dù có thể là khẳng định Mô hình Chuẩn lý thuyết về vũ trụ hiện có và cũng có thể là mở ra một Mô hình lý thuyết mới khác nữa làm thay đổi khái niệm về cấu tạo thế giới tự nhiên chúng ta đang sống …

Minh Trần