Hạt của Chúa tròn một tuổi

Một năm đã đi qua kể từ lần công bố đầu tiên tìm ra hạt Higgs boson trong phòng thí nghiệm, đã tìm thấy các kết quả phong phú hơn và mang tính khẳng định hơn về sự tồn tại của hạt cơ bản tiên đoán bởi lý thuyết.

Một năm trước đây, cũng vào tháng 7 này, ngày 4/7/2012, một sự kiện chấn động cộng đồng khoa học trên thế giới khi các nhà vật lý ở Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu CERN kiêu hãnh công bố phát hiện một hạt cơ bản mới, hạt boson rất giống với hạt Higgs boson đã tiên đoán bởi lý thuyết, hay còn gọi là hạt của Chúa. Hạt này có khối lượng đo được là 125.3 GeV/c2 (số liệu của nhóm CMS) và 126.5 GeV/c2 (số liệu của nhóm ATLAS), nặng hơn khối lượng của hạt proton 133 lần.

Đó là kết quả lao động sáng tạo miệt mài hàng trăm ngày đêm của một tập thể đồ sộ các nhà vật lý quốc tế ở trung tâm khoa học hàng đầu CERN tại Geneve (Thụy Sỹ), trên cỗ máy lớn nhất thế giới giá chục tỷ USD (tên gọi là Large Hadron Collider LHC) kết hợp với các hệ thống thí nghiệm, ghi đo và phân tích rất phức tạp ATLAS và CMS.

Họ đã thực hiện những thí nghiệm vô cùng phức tạp trên hệ thiết bị LHC bằng cách cho gia tốc hai chùm hạt nặng proton tích điện dương, bay ngược chiều và cho va chạm vào nhau. Kết quả là một số hạt rất nặng được tạo thành tương tự Higgs Boson, dù có sác suất rất nhỏ bé, tức là đây là một sự kiện rất hiếm, phải mất khoảng 1 nghìn tỷ cú va chạm proton-proton mới sinh ra một hạt “tương tự Higgs boson”.

Cỗ máy gia tốc khổng lồ LHC ở Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu trên biên giới Pháp - Thụy Sỹ. (Nguồn: CERN)

Kết quả tìm thấy hạt “giống như Higgs Boson” nói trên đã được chờ đợi ròng rã suốt nửa thế kỷ nay kể từ năm 1964, khi nhà vật lý lý thuyết người Anh Peter Higgs, trong lúc xây dựng một mô hình lý thuyết để giải thích cấu tạo vật chất và giải thích sự tồn tại khối lượng ở mọi vật, đã tiên đoán sự tồn tại của hạt này.

Thành công khoa học trên gây tiếng vang lớn trong cộng đồng khoa học trên thế giới. Tạp chí Khoa học (Science) hàng đầu của Mỹ, trong danh sách 10 sự kiện khoa học quan trọng nhất của năm 2012, đã tôn vinh phát minh hạt Higgs Boson lên ngôi cao nhất.

Riêng nhà vật lý lý thuyết Peter Higgs, trước thềm năm mới 2013 cũng được Chính phủ Anh vinh danh và trao giải thưởng New Year Honours, một trong những giải thưởng cao quý do Nữ hoàng Anh bảo trợ.

Một phần thưởng khoa học danh giá nhất hành tinh, Giải Nobel Vật lý đang được mọi người trông đợi sớm trao tặng cho các nhà khoa học có công lao lớn nhất trong phát minh hạt Higgs boson.

Trong suốt một năm qua, tập thể khoa học của CERN tiếp tục làm sáng tỏ các đặc trưng vật lý của hạt mới tìm thấy, xác định rõ hơn nữa đây có phải là hạt Higgs boson đích thực hay không và là Higgs boson loại nào.

Sau khi phân tích một lượng khổng lồ các số liệu thí nghiệm thu được, nhiều gấp 2 lần rưỡi số liệu để có kết quả thông báo ban đầu vào tháng 7 năm 2012, các nhà nghiên cứu CERN càng nhận ra rằng hạt phát hiện một năm trước càng giống với hạt Higgs boson nhiều và nhiều hơn nữa.

Trước hết là tính chất lượng tử của hạt mới. Đối với một hạt cơ bản, hai đặc trưng lượng tử quan trọng là spin (thể hiện chuyển động quay) và tính chẵn lẻ (thể hiện tính đối xứng phản chiếu gương). Theo tính toán lý thuyết hạt Higgs boson phải có spin bằng 0 và tính chẵn lẻ dương.

Hạt Higgs Boson trong Bảng các hạt trong Mô hình Chuẩn của Peter Higgs Chuẩn. (Nguồn: AAAS)

Và may mắn thay, kết quả phân tích khối số liệu thí nghiệm đã phù hợp với tiên đoán của lý thuyết. Đây là một bằng chứng mạnh mẽ chỉ ra rằng hạt phát hiện trên máy gia tốc LHC một năm trước chính là một Higgs boson. Kết quả này đã được các tác giả từ các tập thể ATLAS và CMS ở Trung tâm nghiên cứu CERN trình bày tại Hội nghị khoa học quốc tế tại Moriond (nước Ý) vài hôm trước đây.

Một năm đã đi qua kể từ lần công bố đầu tiên tìm ra hạt Higgs boson trong phòng thí nghiệm, đã tìm thấy các kết quả phong phú hơn và mang tính khẳng định hơn về sự tồn tại của hạt cơ bản tiên đoán bởi lý thuyết Mô hình chuẩn nửa thế kỷ trước đây.

Nhưng con đường phía trước để làm sáng tỏ thêm các tính chất khác của “hạt của Chúa”, dĩ nhiên chưa dừng ở đây. Các nhà khoa học đang đặt nhiều kỳ vọng vào năm 2015 sắp tới, lúc cỗ máy cái LHC được nâng cấp và khởi động trở lại.