Đối với các nhà vật lí hạt đang phân tích dữ liệu từ Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) của CERN ở Geneva, đó là câu hỏi trị giá 4,3 tỉ bảng Anh: có hay không một hạt gọi là Higgs, hạt đã phú khối lượng cho những hạt khác ? Nhưng nay một nghiên cứu đề xuất rằng có thể có một phương pháp còn rẻ tiền hơn nhiều nhằm tìm ra câu trả lời – và không cần đến những cỗ máy gia tốc hạt khổng lồ.
Theo Marco Taoso thuộc CERN và các đồng sự, các hạt Higgs danh tiếng có thể để lại dấu vân tay của nó trong ánh sáng tạo ra trong những va chạm của vật chất tối, loại chất liệu đa số nhà khoa học tin rằng đã cấu thành nên đa phần khối lượng của vũ trụ. Thật vậy, các nhà nghiên cứu nghĩ rằng chúng ta có thể đang trông thấy những dấu hiệu phổ mách bảo của Higgs theo cách này trong vòng một năm – có khả năng sớm hơn so với mớ dữ liệu LHC lộn xộn về loại hạt hay lảng tránh này.
Liệu hạt Higgs có thể là sự thành công tiếp theo của kính thiên văn Fermi không? (Ảnh: Glast/FERMI)
Nhìn lên trời
LHC được xây dựng nhằm tìm kiếm sự giàu có của nền vật lí mới, nhưng mục tiêu hàng đầu của nó luôn luôn là Higgs. Là hạt cơ bản duy nhất trong Mô hình Chuẩn cho đến nay chưa khám phá ra, Higgs – hay chính xác hơn là trường đi cùng với nó – được cho là “bám” lên những hạt khác và từ đó cung cấp cho chúng tính chất gọi là khối lượng. Nhiều nhà vật lí hạt đã và đang hi vọng rằng các năng lượng va chạm như trông đợi của LHC sẽ đủ mạnh để cuối cùng khai quật lên hạt Higgs, và như thế cũng sẽ bao bọc cho Mô hình Chuẩn.
Tuy nhiên, nhóm của Taoso, gồm các thành viên tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne và Đại học Northwestern ở Illinois, Mĩ, nghĩ rằng các thí nghiệm tìm kiếm vết tích của vật chất tối có thể đến đích trước tiên. Vật chất tối được cho là cấu thành hơn 80% vật chất trong vật chất nhưng nó không tương tác qua cơ chế điện từ nên sự có mặt của nó chỉ được suy luận ra từ các tác động hấp dẫn của nó lên vật chất bình thường.
Đa số mô hình vũ trụ học đề xuất rằng vật chất tối đã từng phổ biến hơn trong quá khứ xa xôi, và điều này khiến các nhà vật lí giả sử rằng các hạt vật chất tối đang hủy lẫn nhau qua các va chạm. Mặc dù bản thân vật chất tối không tương tác với ánh sáng (vì thế mới gọi là “tối”), nhưng một sự hủy cặp như thế có thể phát ra một photon và một hạt khác, có khả năng là hạt Higgs.
Các nhà nghiên cứu trên khẳng định việc phát hiện ra hạt Higgs này sẽ là vấn đề ghi lại vết tích photon đi cùng với nó với năng lượng phản ánh khối lượng của Higgs. Nếu tính toán của họ là đúng, thì các kính thiên văn tia gamma như kính Fermi có thể thấy bằng chứng đầu tiên trong vòng một năm.
Có khả năng gây tranh cãi
“Nhất định có thể hình dung rằng Higgs có thể được tạo ra trong sự hủy vật chất tối”, Andy Parker, một nhà vật lí năng lượng cao thực nghiệm tại trường Đại học Cambridge, nói. “Thật vậy, phải có một ngưỡng quá trình giả thuyết tạo ra những đặc điểm kiểu như các vạch hay các bờ vai trong quang phổ tia gamma, sử dụng Higgs hay những hạt khác để mang lại khối lượng cố định cần thiết cho một vạch phổ”.
Tuy nhiên, quan điểm trên có khả năng chịu sự thẩm tra từ một số thành viên của cộng đồng nghiên cứu vật chất tối. Nhóm của Taoso chỉ xem xét một trong một vài lí thuyết đang cạnh tranh nhau về vật chất tối đòi hỏi một hạt có một phản hạt riêng của nó – “neutrino nặng”. Tuy nhiên, còn có những lí thuyết khác – tuân theo Mô hình Chuẩn – không sinh ra hạt Higgs.
Đối với một số người, vấn đề này khiến cho nghiên cứu trên ít nhiều mang tính suy đoán. “Trong khi đó là một ý tưởng hấp dẫn, nhưng tôi sẽ rất bất ngờ nếu như boson Higgs thật sự được trông thấy theo cách này”, David Miller, một nhà vật lí lí thuyết tại trường Đại học Glasgow, nói.
Thật ra, cho dù kính Fermi có thật sự tìm ra bằng chứng cho hạt Higgs, thì nhóm của Taoso thừa nhận rằng các máy va chạm sẽ là cần thiết để nhận dạng “rạch ròi” hạt vật chất đi cùng với vạch quang phổ. Nhưng với LHC chỉ mới đang bắt đầu sản sinh dữ liệu năng lượng cao, các nhà vật lí hạt có thể thật bất ngờ nếu tìm thấy những dấu hiệu đầu tiên của hạt Higgs không đến từ bên dưới lòng đất, mà đến khoảng không vũ trụ trên cao.
Bản thảo của nghiên cứu trên có thể tìm tại arXiv.
Thư viện Vật lý (Theo physicsworld.com)
theo thienvanbachkhoa