Hành trình nửa thế kỷ săn lùng "hạt của Chúa"

Máy gia tốc hạt lớn đã đưa một nghiên cứu rất khó khăn đến đích: Phát hiện ra hạt có tính chất giống như “hạt của Chúa” mà các nhà khoa học săn lùng gần nửa thế kỷ qua.

Các nhà khoa học làm việc trên Máy gia tốc hạt lớn (LHC) vừa tuyên bố về họ phát minh ra một hạt cơ bản có khối lượng 125 gigaelectronvolt.

Các nhà khoa học đã mất gần nửa thế kỷ săn lùng cái gọi là "hạt của Chúa". Ảnh: CERN.

Theo thông báo chính thức, hạt hạ nguyên tử (subatomic) này có các thông số tương ứng với hạt boson Higgs, nhưng điều đó vẫn không có nghĩa là chính nó đã là “hạt của Chúa” mà các nhà khoa học đã săn lùng bao nhiêu năm nay.

Những thông tin khẳng định phát hiện rất có ý nghĩa này diễn ra trong mộ cuộc họp giữa các nhà vật lý hàng đầu tại phòng họp lớn của Tổ chức Nghiên cứu hạt nhân Châu Âu (CERN) tại Geneva.

Cỗ máy gia tốc hạt đắt tiền nhất xưa nay trong lịch sử nhân loại mãi tới tháng 6 vừa qua mới hoạt động hết công suất, nhưng kết quả đã đến rất nhanh.

“Chúng tôi đã quan sát thấy một boson mới có khối lượng khoảng 125 gigaelectronvolt với giá trị thống kê ở mức 4,9 sigma” – Joe Incandela, đại diện của nhóm làm việc trên detector CMS (Compact Muon Solenoid) thuộc Máy gia tốc hạt lớn LHC nói với phóng viên của hãng thông tấn Nga RIA Novosti.

“Về các tính chất, hạt boson này rất giống với hạt Higgs, song về một vài thông số không hoàn toàn trùng hợp với hạt mà tất cả chúng ta đang chờ đợi… Nó có thể chưa là hạt Higgs của mô hình chuẩn mà chỉ giống với hạt đó thôi”.

Boson Higgs, với vai trò một hạt mới được mọi người kỳ vọng sẽ giúp ta giải thích được tại sao vật chất có khối lượng.

Từ năm 1964, cách đây gần nửa thế kỷ, nhà khoa học Peter Higgs, giáo sư Trường ĐH Edingburg, Anh (hiện ông vẫn còn sống và có mặt trong cuộc họp này) đưa ra giả thuyết là có một hạt nào đó, tạm gọi là “hạt của Chúa” (vì hoàn toàn chưa biết giải thích), xác định khối lượng để “ban cho” các các hạt trong các nguyên tử tạo nên Vũ trụ.

Trong bất cừ trường hợp nào thì đối với các nhà vật lý, nhất là những người trong phòng thí nghiêm CMS cũng phải vượt qua hàng loạt thử thách khó khăn để khẳng định những hạt mình thấy có phải chính là yếu tố mà vật lý học hiện đại vẫn còn chưa tìm ra trong cuộc săn lùng đầy gian khổ trên cỗ máy LHC trị giá 11 tỷ đôla.

Hãy nhớ lại rằng những thông tin ban đầu mấy tuần vừa rồi hé lộ trên mạng là đã tìm ra những hạt mới đã làm giới khoa học xúc động đến chừng nào!

Trên trang mạng chính thức của CERN đã đưa ra một đoạn videoclip gây sốc cho mọi người nhưng sau đó lại rút xuống. Những người lãnh đạo CERN cải chính mình đã lầm khiến cho nhiều người thất vọng. Song có lẽ đó là thủ thuật gây chú ý.

Phó giám đốc Viện nghiên cứu Vật lý hạt nhân thuộc ĐH Matxcova, chuyên gia nổi tiếng về vật lý lý thuyết năng lượng cao Victor Savrin đánh giá về ý nghĩa của phát minh quan trọng của CERN:

“Theo tôi, rất có khả năng chính là hạt đó. Mặc dù các tác giả và lãnh đạo hai phòng thí nghiệm đã phát hiện ra hạt này, nhưng họ còn đôi chút nghi ngờ về sự không trùng khớp của hạt gọi là boson Higgs, chúng ta vẫn có thể hy vọng vào vai trò của nó. Để nói dứt khoát đó có chính là boson Higgs hay không vẫn cần nghiên cứu tiếp và phân tích các tính chất của hạt này”.

Để giải thích hạt boson Higgs cần phải là hạt thế nào, ông nói: “Hiện nay, có lý thuyết gọi là “Mô hình chuẩn”, dựa trên đó, người ta mô tả các tương tác của tất cả các hạt cơ bản mà chúng ta đã biết. Trong thuyết đó, boson Higgs đóng vai trò then chốt. Nhờ sự tồn tại của nó, hàng trăm hạt cơ bản mới có khối lượng.

Chúng ta hãy hình dung như thế này: Thế giới của chúng ta đầy những boson Higgs, mặc dù chúng ta chưa trông thấy chúng ra sao, nhưng tất cả các hạt đều phải tương tác với nó mới có khối lượng.

Có thể đơn cử các ví dụ dễ hiểu hơn. Bạn hãy tưởng tượng mình đang ở trong một con tàu vũ trụ với trạng thái không trọng lượng. Nếu bạn không hề đụng chạm vào thành của con tàu thì bạn không cảm nhận được khối lượng của mình. Chỉ khi nào bạn chạm vào thành tàu mới hiểu ra mình cũng có khối lượng”.

"Nếu phát hiện được boson Higgs thì “Mô hình chuẩn” sẽ được coi là lý thuyết hoàn chỉnh, nếu không, người ta sẽ phải đưa ra các lý thuyết khác để thay thế chẳng hạn Thuyết siêu đối xứng (supersymmetry), thuyết đo bổ sung trong không gian và các thuyết khác nữa xây dựng trên những cơ sở khoa học khác, thậm chí hệ quy chiếu khác.

Nếu chứng minh được hạt mới này chính là boson Higgs thì thuyết “Mô hình chuẩn” sẽ trở thành thế giới quan của chúng ta đầy đủ và khép kín”, ông Savrin nói thêm.

Việc săn lùng boson Higgs đã bắt đầu tử nửa thế kỷ trước. Các nhà khoa học trên thế giới cứ tiếp tục tranh luận cho đến khi giáo sư Piter Higgs nêu giả thuyết là có một yếu tố (trường) nào đó mà cứ chuyển động qua nó thì vật chất sẽ thu được khối lượng.

Máy gia tốc hạt lớn LHC được thừa nhận là sẽ đặt một dấu chấm hết cho vấn đề gây tranh cãi này. Ý tưởng xây dựng một cỗ máy như LHC được đề xuất từ năm 1984 nhưng mãi 10 năm sau, tức 1994 mới được cả Cộng đồng châu Âu nhất trí.

Việc xây dựng LHC được khởi công vào năm 2001 sau khi chấm dứt hoạt động của chiếc máy gia tốc cũ –máy gia tốc electron/positron. Tháng 8/2008, sau khi chạy thử thành công, LHC đã đi vào hoạt động.

Một thời gian dài, các phương tiện thông tin đại chúng cũng như trong xã hội, người ta vẫn tranh luận về LHC có thể tạo ra các lỗ đen, huỷ diệt hành tinh của chúng ta.

Thế nên các nhà khoa học ở CERN phải ra sức giải thích về sự an toàn và lợi ích của LHC như thế nào trong việc lấp đầy những lỗ hổng kiến thức của chúng ta về sự hình thành vũ trụ.

Ngày 10/9/2008, những sự hoài nghi đã lắng dịu nhưng việc khởi động gặp một số trục trặc, đến tháng 10/2009 mới hoạt động bình thường. Nó đã tái tạo lại vụ nổ Big Bang để tìm hiểu vũ trụ hình thành như thế nào.

Việc phát hiện ra boson Higgs là một bước tiến nhảy vọt kể từ khi thuyết “Mô hình chuẩn” về những viên gạch xây dựng nên vũ trụ mà chúng ta đang sống được đề xuất.

Nó được xem như viên gạch cuối cùng, cơ bản nhất, nặng nhất và khó truy lùng nhất trong thuyết này ví trước đó, 11 hạt đã lần lượt ra trình diện, đa số ở phòng thí nghiệm Tevatron ở Mỹ.

Tuy là một phát minh hết sức quan trọng, có tính chất cắm mốc trên con đường nghiên cứu khoa học, nhưng các nhà vật lý ở CERN khẳng định, qua lời người phụ trách nhóm thí nghiệm CMS Joe Incandela:

“Việc tìm ra “hạt của Chúa” đã kết thúc, nhưng phát minh chỉ mới bắt đầu”. Phía trước họ còn nhiều việc để làm.