5 hạt vật chất hậu boson Higgs

Với sự xác nhận rằng hạt mới khám phá hồi năm ngoái ở CERN chính là một boson Higgs, nhiều nhà vật lí vẫn còn có chút thất vọng. Đó là vì toàn bộ các dấu hiệu đều hướng tới xác nhận Mô hình Chuẩn, lí thuyết đã gần 100 năm tuổi lí giải những mảnh vật chất nhỏ xíu cấu tạo nên vũ trụ của chúng ta.

Nhưng một số nhà vật lí vẫn nuôi hi vọng sẽ có những kết quả có thể mang đến một cú thúc lớn hơn, họ đang trông ngóng Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) và những thí nghiệm khác sẽ làm sáng tỏ những hạt khác còn đang ẩn náu trong vũ trụ. Từ graviton cho đến wino, dưới đây là năm hạt lạ lùng có thể tồn tại ngoài boson Higgs ra.

Sinh viên nghiên cứu tại CERN

Sinh viên nghiên cứu tại CERN

1. Gluino, wino và photino

Nếu một lí thuyết gọi là siêu đối xứng là đúng, thì có thể có hơn một tá hạt đang chờ được khám phá. Lí thuyết siêu đối xứng cho rằng mỗi hạt đã được khám phá từ trước đến nay có một đối hạt còn tiềm ẩn.

Trong Mô hình Chuẩn, có hai loại hạt: các boson là hạt mang lực và bao gồm gluon và graviton; và các fermion là hạt cấu tạo nên vật chất và bao gồm quark, electron và neutrino.

Trong lí thuyết siêu đối xứng, mỗi fermion sẽ ghép cặp với một boson, và ngược lại. Vì thế, các gluon (một loại boson) sẽ có các glunio (một loại fermion), hạt W sẽ wino, photon sẽ có photino, và hạt Higgs sẽ có một đối hạt gọi là Higgsino.

Thật không may cho những người ủng hộ siêu đối xứng, cho đến nay LHC chưa tìm thấy vết tích nào của những hạt hay lảng tránh này, cho thấy có khả năng chúng không tồn tại, theo lời nhà vật lí toán Peter Woit tại trường Đại học Columbia ở New York.

Chẳng hạn, trong năm 2012, các nhà vật lí đã khám phá ra những hạt cực kì hiếm gọi là meson Bs, chúng không được tìm thấy bình thường trên Trái đất, mà thỉnh thoảng chúng tồn tại trong khoảnh khắc sau khi hai proton va chạm nhau ở gần tốc độ ánh sáng. Tốc độ chúng được quan sát khớp với Mô hình Chuẩn, nghĩa là mỗi hạt siêu đối xứng thật sự tồn tại sẽ phải nặng hơn nhiều so với ban đầu người ta nghĩ.

Một yếu điểm khác của lí thuyết đối xứng là có khoảng 105 “tham số tự do”, nghĩa là các nhà vật lí không có những giới hạn rất tốt cho ngưỡng kích cỡ và năng lượng trong đó các hạt sẽ được tìm thấy. Cho nên các nhà khoa học không biết tìm kiếm những hạt này ở đâu.

2. Neutralino

Siêu đối xứng còn tiên đoán những hạt đặc biệt gọi là neutralino, hạt không mang điện tích, có thể giải thích cho vật chất tối, chất liệu bí ẩn chiếm phần lớn mật độ vật chất của vũ trụ, nhưng chỉ được phát hiện ra qua lực hút hấp dẫn của nó. Trong lí thuyết siêu đối xứng, một hỗn hợp gồm tất cả những hạt mang lực ngoài glunio ra sẽ tạo ra các neutralino.

Neutralino đã hình thnahf trong vũ trụ sơ khai nóng bỏng và để lại đủ vết tích để giải thích sự có mặt của vật chất tối có lực hút hấp dẫn được tìm thấy ngày nay.

Các kính thiên văn tia gamma và neutrino có thể săn tìm những hạt hay lảng tránh này trong những vùng có đầy vật chất tối, ví dụ như lõi sao hoặc lõi thiên hà. Thật vậy, các nhà vật lí gần đây có công bố tin tức quan trọng: một máy thu hạt trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) có lẽ đã tìm thấy bằng chứng của vật chất tối, mặc dù các chi tiết thì cho đến nay vẫn chưa rõ.

3. Graviton

Cái đã thổi việt vị Albert Einstein và làm thách đố các nhà vật lí kể từ đó: Làm thế nào sáng tạo ra một lí thuyết duy nhất thâu tóm tất cả các lực cơ bản, ví dụ như lực hấp dẫn, và hành trạng của các hạt lượng tử. Chẳng hạn, lí thuyết đang trị vì của ngành vật lí hạt không bao hàm lực hấp dẫn.

Câu hỏi đó đưa các nhà vật lí đến chỗ đề xuất những hạt hấp dẫn lượng tử gọi là graviton, chúng là những hạt nhỏ xíu, không khối lượng, phát ra sóng hấp dẫn. Trên lí thuyết, mỗi graviton sẽ tác dụng một lực hút lên vật chất trong vũ trụ, nhưng các graviton sẽ khó phát hiện vì chúng tương tác yếu với vật chất.

Thật đáng tiếc, việc phát hiện trực tiếp những hạt trong bóng râm này sẽ là không thể với công nghệ hiện nay. Tuy nhiên, sự săn tìm sóng hấp dẫn bằng những công cụ như LIGO có thể vén màn sự tồn tại của graviton một cách gián tiếp.

4. Phi hạt (unparticle)

Mới đây, các nhà vật lí đã tìm thấy vết tích của một hạt lạ lùng nữa, gọi là phi hạt. Nó có thể mang một lực thứ năm của tự nhiên, đó là tương tác xa spin-spin. Ở thang bậc nhỏ hơn, một tương tác gần spin là phổ biến: nó là lực sắp thẳng hàng chiều của spin electron trong các nam châm và kim loại. Nhưng những tương tác xa hơn thì khó nắm bắt hơn nhiều. Nếu rốt cuộc lực này có tồn tại, thì nó sẽ phải nhỏ hơn một triệu lần lực tìm thấy giữa một electron và một neutron.

Để tìm phi hạt, các nhà vật lí đang tìm kiếm bên trong lớp bao của Trái đất, nơi hàng tấn electron gói ghém với nhau, sắp thẳng hàng theo từ trường của Trái đất. Bất kì một nhiễu loạn nhỏ nào trong sự thẳng hàng đó có thể để lộ dấu hiệu của phi hạt.

5. Hạt tắc kè hoa (chameleon)

Các nhà vật lí còn đề xuất một hạt khó nắm bắt hơn nữa, hạt tắc kè hoa, nó sẽ có khối lượng biến thiên. Nếu nó tồn tại, thì sự biến dịch hình dạng này có thể giúp giải thích cả vật chất tối lẫn năng lượng tối.

Vào năm 2004, các nhà vật lí đã mô tả một lực giả thuyết có thể biến thiên tùy thuộc vào môi trường của nó: ở những nơi có các hạt dày đặc ví dụ như Trái đất hoặc mặt trời, hạt chameleon sẽ chỉ tác dụng lực yếu, trong khi ở những nơi có các hạt thưa thớt thì nó sẽ tác dụng lực mạnh. Điều đó có nghĩa là nó sẽ khởi đầu yếu trong vũ trụ sơ khai đặc quánh, rồi mạnh dần lên theo thời gian khi các thiên hà bay ra xa khỏi tâm của vũ trụ.

Để tìm lực hay lảng tránh này, các nhà vật lí sẽ cần khám phá bằng chứng của một hạt tắc kè hoa khi một photon phân hủy trong sự có mặt của một từ trường mạnh. Cho đến nay, sự tìm kiếm chưa mang lại bất cứ điều gì, nhưng các thí nghiệm vẫn đang tiếp tục triển khai.

Nguồn: LiveScience

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
Tạo bảng điểm online

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 90)
25/05/2020
Đồng hồ tròn năm 1841 Những đồng hồ đầu tiên không có kim phút. Kim phút chỉ trở nên quan trọng cùng với sự phát triển
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 89)
25/05/2020
Định luật Joule về sự tỏa nhiệt do dòng điện 1840 James Prescott Joule (1818-1889)   Các bác sĩ phẫu thuật thường ăn
Câu chuyện phát minh laser: Và thế là có ánh sáng!
22/05/2020
Kỉ niệm 60 năm laser ra đời. Bài của Pauline Rigby trên tạp chí Physics World, số tháng 5/2020. Cuộc đua chế tạo laser đã khởi
Tìm hiểu nhanh về Vật chất (Phần 9-Hết)
21/05/2020
Chương 9 Vật chất tối và năng lượng tối Khi chúng ta nhìn vào không gian sâu thẳm với kính thiên văn của mình, chúng ta nhìn
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 100-Hết)
19/05/2020
Oganesson Việc tạo ra các nguyên tố siêu nặng mới là một bài tập thực hành trong việc theo đuổi bóng ma nguyên tử. Những
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 99)
19/05/2020
Moscovium Món chén Thánh của nghiên cứu nguyên tố siêu nặng là định vị cái gọi là các hòn đảo ổn định. Đây là những
Galileo và bản chất của khoa học vật lí
13/05/2020
3.1 Giới thiệu Có ba câu chuyện được kể lại. Chuyện thứ nhất kể Galileo là một nhà triết học tự nhiên. Không giống
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 50)
12/05/2020
15. NHỮNG CHỈ TRÍCH ĐANG QUY KẾT Năm 2000, một cuộc tranh cãi dữ dội nổ ra trong cộng đồng khoa học. Một trong những người

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

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