10 sự thật về boson Higgs

1. Nó không phải là “hạt của Chúa”. Người ta gọi nó là hạt của Chúa, vì đó là tên gọi mà Leon Lederman đã gán cho nó trong quyển sách cùng tên. Tên gọi đó có ý nghĩa marketing lớn, nhưng nó rất không chính xác. Như Lederman và đồng tác giả Dick Teresi lí giải trong chương thứ nhất của quyển sách của họ, “nhà xuất bản sẽ không yêu cầu chúng tôi gọi nó là Hạt Chết tiệt, mặc dù đó là cái tên thích hợp hơn, bởi bản chất xấu xa của nó và sự đổ mồ hôi sôi nước mắt mà nó gây ra”.

2. Giải Nobel đang được xem xét. Nhưng chúng ta không biết sẽ trao cho ai. Khái niệm boson Higgs phát sinh trong một số bài báo vào năm 1963 và 1964. Một của Philip Anderson, một của Francois Englert và Robert Brout (nay đã mất), hai của Peter Higgs, và một của Gerald Guralnik, Richard Hagen, và Tom Kibble. Theo thông lệ, Giải Nobel Vật lí được trao cho nhiều nhất là ba người, cho nên việc lựa chọn thật không đơn giản. Khám phá thực nghiệm chắc chắn là đáng trao giải rồi, nhưng nó liên quan tới chừng 7000 con người thuộc hai nhóm hợp tác thực nghiệm, cho nên việc lựa chọn còn khó khăn hơn. Có khả năng người xúc tiến xây dựng Máy Va chạm Hadron Lớn có thể giành giải. Hoặc có ai đó có thể thuyết phục Ủy ban Nobel bỏ đi quy tắc ba người, và người đó có thể giành Giải Nobel Hòa bình(!)

3. Có lẽ chúng ta đã khám phá ra boson Higgs, nhưng chưa hoàn toàn chắc chắn. Chúng ta đã khám phá ra cái gì đó – có một hạt mới, không nghi ngờ gì nữa. Nhưng giống như mọi khám phá mới khác, cần có thời gian (trong trường hợp này là cần thêm dữ liệu) để đảm bảo tuyệt đối rằng bạn đã hiểu cái bạn tìm thấy. Một nhiệm vụ trọng tâm trong vài năm sắp tới đây sẽ là xác định những tính chất của hạt mới đó, và kiểm tra xem nó có thật sự là boson Higgs đã được dự đoán hồi gần năm thập niên trước hay không. Cho đến nay, nó trông na ná như boson Higgs, nên người ta hài lòng nói với nhau như thể đó là cái chúng ta đã khám phá ra, ít nhất là chưa có bằng chứng nào trái ngược lại.

4. Máy Va chạm Hadron Lớn quá sức ấn tượng. LHC, cỗ máy ở Geneva, Thụy Sĩ, đã khám phá ra hạt Higgs, là cỗ máy phức tạp nhất từng được người ta chế tạo. Nó là một vành đai gồm các nam châm và máy dò thực nghiệm, chôn sâu 100 mét dưới lòng đất, với chu vi 27 km. Nó nhận mỗi lượt 100 nghìn tỉ proton, và gia tốc chúng lên 99,999999% tốc độ ánh sáng, sau đó cho chúng lao vào nhau hơn 100 triệu lần mỗi giây. Đường dẫn chùm hạt mà proton chạy trong đó được hút chân không để tỉ trọng của nó thấp hơn cả cái bạn cảm nhận trên Mặt trăng, và các nam châm siêu dẫn xung quanh được làm lạnh đến một nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của không gian giữa các sao. Tổng động năng của các proton chuyển động trong vành đai gia tốc có thể sánh với động năng của một lửa chở hàng tốc độ cao. Nếu lấy toàn bộ dây cáp điện trong LHC nối với nhau sẽ dài chừng 275.000 km, đủ để quấn quanh Trái đất chừng bảy vòng.

5. LHC sẽ không phá hủy thế giới. Bạn còn nhớ những tin đồn nhảm nhí trước đây không? Người ta lo ngại rằng LHC sẽ tạo ra một lỗ đen nuốt chửng lấy Trái đất, và toàn bộ loài người sẽ diệt vong. (Chẳng có nhà vật lí nào liều lĩnh mạng sống của mình và của đồng loại để chế tạo ra một cỗ máy như thế) Thật là ngu ngốc, bởi vì chẳng có cái gì bên trong LHC lại không từng xảy ra ở ngoài không gian vũ trụ hết. Có một sự cố thật sự vào hôm 19 tháng 9, 2008, khi một loại nam châm phát nổ, nhưng không có ai bị thương. Danh sách thương vong từ LHC chủ yếu gồm những lí thuyết vật lí mới được mọi người ưa thích, chúng liên tục bị trói chặt khi có thêm dữ liệu mới xuất hiện.

6. Boson Higgs chưa phải là tất cả. Boson Higgs chỉ là một hạt nào đó. Quan trọng là cái gọi là cơ chế Higgs. Cái thật sự khiến người ta hào hứng là trường Higgs, từ đó hạt Higgs phát sinh. Vật lí hiện đại – nhất là lí thuyết trường lượng tử - cho chúng ta biết rằng tất cả các hạt chỉ là các dao động trong trường này hoặc trường khác. Photon là một dao động trong trường điện từ, electron là một dao động trong trường electron, và vân vân. (Đó là lí do vì sao tất cả các electron có cùng khối lượng và điện tích – chúng chỉ là những dao động khác nhau trong cùng một trường cơ sở lấp đầy vũ trụ) Chính trường Higgs, ẩn náu trong không gian trống rỗng, làm cho vũ trụ lí thú. Việc tìm thấy boson Higgs thật hấp dẫn bởi vì nó có nghĩa là trường Higgs có mặt ở ngoài kia. Đó là lí do khó lí giải tầm quan trọng của hạt Higgs chỉ trong vài ba từ - trước hết bạn phải giải thích lí thuyết trường!

7. Cơ chế Higgs làm cho vũ trụ lí thú. Nếu không có trường Higgs (hay cái gì đó khác có vai trò tương tự) thì các hạt sơ cấp trong tự nhiên như electron và quark sẽ đều không có khối lượng. Các định luật vật lí cho chúng ta biết rằng kích cỡ của một nguyên tử phụ thuộc vào khối lượng của các electron gắn với nó – các electron càng nhẹ, thì nguyên tử sẽ càng lớn. Các electron không khối lượng đồng nghĩa là các nguyên tử to bằng vũ trụ - nói cách khác, thật ra chẳng có nguyên tử nào hết. Cho nên nếu không có hạt Higgs, sẽ không có các nguyên tử, sẽ không có hóa học, sẽ không có sự sống như chúng ta biết.

8. Khối lượng của bạn không phải từ hạt Higgs mà có. Ở mục trước, chúng ta đã thận trọng quy khối lượng của các hạt “sơ cấp” cho cơ chế Higgs. Nhưng đa phần khối lượng trong cơ thể của bạn đến từ các proton và neutron, xét cho cùng chúng không phải là hạt sơ cấp. Chúng là những tập hợp quark liên kết với nhau bởi gluon. Đa phần khối lượng của chúng đến từ năng lượng tương tác của những quark và gluon đó, và về cơ bản sẽ không thay đổi nếu như chẳng có hạt Higgs nào hết. Cho nên nếu không có boson Higgs, chúng ta vẫn có các proton và neutron to nặng, mặc dù tính chất của chúng sẽ rất khác.

9. Sẽ không có chuyện điều khiển trường Higgs. Đôi khi người ta nghĩ rằng vì hạt Higgs có cái phải làm với “khối lượng”, nên nó có liên hệ gì đó với lực hấp dẫn, và biết cách điều khiển nó chúng ta có thể làm cho lực hấp dẫn ‘on-off’ tùy ý. Đáng tiếc là không phải vậy. Như đã nói, đa phần khối lượng của bạn không đến từ trường Higgs. Nhưng cho dù không tính đến chuyện này, thì chẳng có chút tính thực tiễn nào của việc “điều khiển trường Higgs”. Hãy nghĩ như sau: cần tiêu hao năng lượng để làm thay đổi giá trị của trường Higgs trong bất kì một vùng không gian nào đó, và năng lượng thì liên quan đến khối lượng (qua công thức Einstein nổi tiếng E = mc2). Nếu bạn có thể lấy một vùng không gian cỡ bằng quả bóng golf và bật ‘off’ trường Higgs bên trong nó, thì bạn sẽ có một lượng khối lượng hớn hơn khối lượng của Trái đất, và tạo ra một lỗ đen trong quá trình đó. Đó không phải là một kế hoạch khả thi. Chúng ta chẳng phải tìm kiếm hạt Higgs vì những ứng dụng công nghệ trong tương lai – mà vì chúng ta muốn tìm hiểu thế giới hoạt động như thế nào.

10. Cái dễ thì đã làm rồi. Khám phá ra hạt Higgs hoàn chỉnh Mô hình Chuẩn; các định luật vật lí nền tảng của cuộc sống hàng ngày đã được hiểu rõ. Điều đó thật ấn tượng, đó là một dự án mà chúng ta, với tư cách loài người, đã miệt mài trong ít nhất 2500 năm qua, kể từ khi Democritus lần đầu tiên đề xuất khái niệm nguyên tử thời Hi Lạp cổ đại. Nhưng có nhiều vấn đề vật lí chúng ta vẫn chưa hiểu hết, từ vật chất tối cho đến nguồn gốc của vũ trụ, ấy là chưa nói tới những vấn đề phức tạp như sự nhiễu loạn và khoa học thần kinh và chính trị. Thật vậy, chúng ta hi vọng rằng việc nghiên cứu hạt Higgs có thể cung cấp thêm những manh mối mới về vật chất tối và những câu đố bí ẩn khác. Nhưng ngày nay chúng ta thật sự hiểu rõ những viên gạch cấu trúc cơ bản của thế giới chúng ta trông thấy ngay trước mắt. Đó là một thành tựu đối với nhân loại; lịch sử tương lai của vật lí học sẽ được phân chia thành kỉ nguyên tiền boson Higgs và hậu boson Higgs. Chúng ta hãy hướng tới kỉ nguyên mới đó!

Trần Nghiêm (thuvienvatly.com)
Theo Discover Magazine

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Các chuẩn cho hệ SI mới
10/08/2017
Trong khi nước Mĩ vẫn ngoan cố sử dụng các đơn vị Anh như dặm, pound và độ Fahrenheit, thì phần đông thế giới thống nhất
Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 2)
05/07/2017
muon (mu-meson; gọi tắt) Người đặt tên: Carl Anderson và Seth Neddermeyer, 1938 Muon là thành viên của họ lepton và hành xử giống
Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 1)
26/06/2017
Làm thế nào proton, photon và các hạt khác có được tên gọi của chúng? Theo năm tháng, các nhà vật lí đã đặt tên cho những
Lần đầu tiên làm lạnh laser các phân tử ba nguyên tử
08/05/2017
Lần đầu tiên các phân tử gồm ba nguyên tử đã được làm lạnh xuống nhiệt độ cực lạnh bằng kĩ thuật laser. Thành tựu
Bí ẩn “sương xanh”
21/04/2017
Tại sao những chất lỏng nhất định chuyển thành màu xanh khi nguội đi là một bí ẩn khiến các nhà khoa học bối rối trong hơn
[Sách] Albert Einstein - Mặt nhân bản
10/04/2017
TVVL giới thiệu bài viết của giáo sư Nguyễn Xuân Xanh về tập sách Albert Einstein - Mặt Nhân Bản vừa phát hành ở Việt Nam, do
Thế nào là một đơn vị thiên văn?
30/03/2017
Khi đương đầu với vũ trụ, con người thích diễn đạt các thứ theo những thuật ngữ quen thuộc. Khi khảo sát các ngoại hành
Nguyên tố Arsenic
26/03/2017
Số nguyên tử: 33 Trọng lượng nguyên tử: 74,92160 Màu: xám Pha: rắn Phân loại: á kim Điểm nóng chảy: không rõ Điểm thăng
Vui Lòng Đợi

Đọc nhiều trong tháng

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com