Hạt Higgs - Một trong những khám phá vĩ đại nhất của loài người.

Hãy giao cho chúng tôi 10 tỷ dollars và các nhà vật lý sẽ giao nộp Chúa cho các ông[1]

Đó là câu nói của Leon Lederman, nhà vật lý đoạt giải Nobel năm 1988, khi xin chính phủ Mỹ cấp 10 tỷ đô la để xây dựng máy gia tốc hạt LHC, nhằm tìm ra hạt của Chúa - hạt Higgs

Hạt Higgs được phát hiện vào ngày 4/7/2012 tại máy gia tốc hạt LHC thuộc Viện vật lý hạt châu âu, CERN - đã mang về một giải Nobel cho Giáo sư, nhà vật lý người Scotland : Peter Higgs.

Tại sao khám phá này lại quan trọng đến vậy? Hãy cùng tôi tìm hiểu ở bài viết dưới đây.

Mô phỏng vụ va chạm trong máy gia tốc hạt đã khám phá ra hạt Higgs

1/ Hạt Higgs đã lấp đầy khoảng trống còn thiếu của "Mô hình chuẩn - vật lý hạt"

Khi chưa khám phá ra hạt Higgs thì mô hình chuẩn đang vướng phải một câu hỏi hóc búa : vì sao các hạt cơ bản lại có khối lượng?

“Một trong những điều tuyệt vời về khoa học là : bạn có thể có một mô hình được xây dựng với hàng ngàn dữ liệu nhưng nếu một dữ liệu trong đó không phù hợp [với mô hình], nó sẽ tạo ra một vết nứt. Vết nứt đó phải được bịt kín, hoặc nó sẽ khiến cả mô hình sụp đổ.”

May mắn thay, việc tìm ra hạt Higgs đã bịt kín vết nứt của Mô hình chuẩn, khiến nó trở nên khả tín và hoàn thiện gần như hoàn hảo.

Hay nói cách khác :

"Hạt Higgs được coi là mảnh ghép cuối cùng trong bức tranh về vũ trụ mà mô hình chuẩn đã đề ra".

Có lẽ 1 giải Nobel cho giáo sư Peter Higgs vẫn chưa đủ để nói về sự vui mừng của cộng đồng khoa học thời điểm bấy giờ.

2/ Vậy hạt Higgs là gì?

Chúng ta đều đã biết rằng hạt boson Higgs mang lại khối lượng cho các hạt cơ bản khác, vậy nó đã làm cách nào ?

Các nhà khoa học giả thuyết rằng tồn tại một trường lượng tử xung quanh chúng ta (trường Higgs) ngay từ khi khai sinh ra Bigbang, tuy ta không thể nhìn thấy nó, nhưng nó lại tồn tại khắp mọi nơi trong vũ trụ. 

Một thí nghiệm gợi mở về trường Higgs cũng đã được thực hiện như sau: các nhà Khoa học cho một electron đi qua một mạng tinh thể nguyên tử điện tích dương, sau khi đo đạc họ thấy khối lượng của electron đã tăng lên gấp 40 lần. Cơ chế truyền khối lượng của trường Higgs cũng tương tự như vậy.

Hãy tưởng tượng trường lượng tử xung quanh chúng ta như một mạng nhện khổng lồ, giả sử bạn đang di chuyển với tốc độ ánh sáng, bỗng nhiên vướng phải mạng nhện vô hình này, bạn sẽ bắt đầu cảm thấy tốc độ bị chậm lại, sự giảm tốc độ có thể tương tự như việc khối lượng của bạn bắt đầu tăng lên, bạn bắt đầu cảm thấy rất nặng nề khi tiếp tục di chuyển.

Mô phỏng một hạt đang đi qua trường Higgs

Nói cách khác, hạt Higgs tương tác với các hạt cơ bản khác làm chúng chuyển động chậm lại, không còn tự do di chuyển với vận tốc ánh sáng được nữa. Và thông qua tương tác này, các hạt cơ bản đã có được khối lượng của mình.

Nếu một vũ trụ không có khối lượng, các hạt sẽ luôn chuyển động với vận tốc ánh sáng, sẽ không có gì giữ chúng lại để tương tác với nhau tạo thành các cấu trúc vật lý, nó sẽ là một vũ trụ chết. Chính vì vậy hạt Higgs mang quyền năng không khác gì Đấng Sáng Tạo.

3/ Quá trình khám phá hạt Higgs.

Hàng chục tỷ đô la chính là cái giá phải trả cho sự tìm kiếm hạt Higgs. Thậm chí Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN) đã xây dựng máy gia tốc hạt lớn nhất trên thế giới hiện nay cũng một phần vì sứ mệnh này.

Quy mô máy gia tốc hạt ngầm dưới lòng đất

Cỗ máy này gia tốc các hạt proton quanh một đường hầm dài 29 km nằm dưới biên giới của Pháp và Thụy Sĩ với tốc độ 99,9999991% tốc độ ánh sáng, chỉ chậm hơn khoảng 3,1 m / s so với ánh sáng.

Có đến 9.000 thanh nam châm siêu dẫn được lắp đặt xung quanh đường hầm, giúp gia tốc cho dòng proton dày đặc di chuyển từ cả 2 hướng, sau khi va chạm chúng sẽ vỡ ra, và từ đó cho phép các nhà khoa học tìm kiếm hạt mới và các lực tự nhiên.

LHC là cỗ máy tối tân nhất của loài người.

Điều đặc biệt ở sự va chạm của các hạt dưới nấc thang nguyên tử như sau, ví dụ ta có 2 chiếc ô tô lượng tử, ta cho chúng va chạm với nhau, và bùm....không có mảnh vỡ nào của 2 chiếc ô tô xuất hiện, mà vụ va chạm sẽ tạo ra những chiếc....xe đạp hoàn toàn mới ( hạt mới )

Vì vậy các bạn đã hiểu vì sao các nhà khoa học lại suốt ngày đi "bắn nhau" bằng proton rồi phải không :D

Đúng ngày 4-7, CERN đã tổ chức một cuộc họp báo, công bố kết quả nghiên cứu của hai nhóm các nhà khoa học ATLAS và CMS, với độ tin cậy của các kết quả đo đạc lên tới  99.9999% chính xác. Đó chính là ngày hạt Higgs chính thức lộ diện.

Giáo sư Peter Higgs đã không cầm nổi nước mắt vì chờ đợi ngày này đã 48 năm.

4/ Chúng ta đã chạm đến đáy của vật lý học?

Đại sự kiện năm 2012 được đánh giá là đã mở đầu cho một kỷ nguyên khoa học hoàn toàn mới. Tiến gần đến ngưỡng cửa thống nhất mọi lý thuyết vật lý của loài người, giúp con người giải mã được toàn bộ vũ trụ.

Tuy nhiên sự khám phá này lại dẫn đến những câu hỏi, thậm chí còn lớn hơn và hóc búa hơn :

• Cái gì tạo ra khối lượng của chính hạt Higgs? :

Sau khi đo đạc, các nhà khoa học tính toán được khối lượng của hạt Higgs vào khoảng 126 GeV (giga electron volts). Vậy có nghĩa rằng vẫn có thứ ẩn sâu hơn nữa, đang "tạo ra khối lượng cho hạt tạo ra khối lượng", có giả thuyết cho rằng, không gian chúng ta tồn tại nhiều hơn 3 chiều, vì vậy còn nhiều hạt bí ẩn từ không gian cao cấp hơn vẫn đang âm thầm tương tác với không gian của chúng ta.

Nếu điều này là thực thì sẽ rất khó để kiểm chứng.

• Giá trị của trường Higgs ?

Giá trị của trường Higgs trong vũ trụ lại yếu hơn 10,000 tỷ lần giá trị thật của nó. Nếu chỉ sai số một chút thôi, sẽ không có bất kì cấu trúc vật lý nào có thể hình thành.

Hãy tưởng tượng tôi có 10,000 tỷ chiếc hộp, nhưng chỉ có 1 viên kẹo, tôi đặt viên kẹo đó vào 1 chiếc hộp bất kì. Và xác xuất chúng ta xuất hiện trong vũ trụ này bằng với việc bạn bốc trúng chiếc hộp có kẹo CHỈ TRONG 1 LẦN DUY NHẤT.

5/ Kết luận :

Có vẻ "tự nhiên không hề có đáy" , việc khám phá ra hạt Higgs chỉ làm chúng ta có thêm nhiều câu hỏi khác mà thôi, tuy nhiên những thế hệ các nhà khoa học đi trước đã làm rất tốt công việc của mình. Và chúng ta - chính là thế hệ tiếp theo cần cố gắng hơn để lắp ghép những mảnh còn thiếu, giúp loài người hoàn thiện học thuyết "giải mã toàn bộ vũ trụ".

Nguồn : Trường Vũ tổng hợp.