Những hạt vật chất mới lạ có thể xuất hiện tại LHC vào cuối năm nay

Cỗ máy va chạm hạt mạnh nhất thế giới có thể đang bắt đầu thực hiện những khám phá trọng yếu sớm hơn chúng ta nghĩ.

Bằng chứng của siêu đối xứng (SUSY), một lí thuyết giúp giải một vài bí ẩn vũ trụ học, cũng những loại vật chất mới lạ có thể xuất hiện tại Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) tại CERN ở gần Geneva, Thụy Sĩ, vào cuối năm nay. Đó là nếu như những hạt nhất định có thể phân hủy thành những hạt nhẹ hơn thông qua những lộ trình mới phát hiện tương đối dễ theo dõi.

Giả thiết là LHC sẽ không cho lao đủ số lượng hạt vào nhau vào tháng 12 tới để thấy bằng chứng rõ ràng của SUSY. Lí thuyết này, cho rằng mỗi hạt đã biết có một “siêu đối tác” hay một siêu hạt, có thể lát đường cho một “lí thuyết thống nhất lớn” hợp nhất các lực cơ bản của tự nhiên. Nó cũng có thể mang lại một lời giải thích cho vật chất tối.

Để tìm bằng chứng cho SUSY, LHC cần có thời gian tích lũy đủ dữ liệu để xem các siêu hạt (sparticle) có phân hủy rõ ràng hay không. Cho nên bằng chứng sớm nhất cho SUSY không được trông đợi có sớm hơn giữa năm 2011.

 

Có nhiều lí do để ăn mừng (Ảnh: CERN)

Konstantin Matchev thuộc trường Đại học Florida ở Gainsville và các đồng nghiệp cho biết chúng ta có lẽ không cần chờ lâu như vậy.

Các mô hình SUSY tiêu biểu thường giả sử các siêu đối tác nặng cho gluon và quark, và một hạt nhẹ trung hòa là một ứng cử viên cho vật chất tối. Nhưng vì khối lượng thật sự của các siêu hạt là không chắc chắn, cho nên đội Matchev xét hàng trăm khối lượng khả dĩ cho chúng, và đi tới những lộ trình mà qua đó chúng có thể phân hủy thành những đối tượng nhẹ hơn.

Đội nghiên cứu nhận thấy nếu như siêu đối tác của gluon, gluino, hay những siêu quark nhẹ nhất cần ít nhất năm bước để phân hủy thành siêu hạt nhẹ nhất, thì cuối cùng chúng sẽ sản sinh ra tới 8 electron hoặc muon, cả hai hạt này đều thuộc họ hàng nhà hạt lepton.

Các phân hủy tạo ra lepton được trông đợi vì những hạt này để lại những vết tích rõ ràng trong detector và năng lượng của chúng có thể đo được chính xác. Đội nghiên cứu tính được tám lepton sẽ tạo ra một tín hiệu đủ rõ ràng để gỡ rối ngay cả từ bộ dữ liệu LHC còn sơ sài vào cuối năm nay.

Chẳng rõ các khối lượng mà đội của Matchev xem xét có đúng hay không, cho nên các kết quả trên xuất hiện với một chút ngờ vực. Thật vậy, chỉ có 1% trong số các kết hợp khối lượng mà họ khảo sát sẽ tạo ra tín hiệu 8 lepton.

Các siêu hạt không phải là những hạt kì lạ duy nhất có thể xuất hiện trước khi năm nay qua đi: các diquark và leptoquark cũng có thể có mặt trong danh sách, theo lời Jesse Thaler thuộc Viện Công nghệ Massachusetts cùng các đồng nghiệp của ông. Những hạt này xuất hiện trong các lí thuyết thống nhất lớn, trong đó các lực mạnh, lực điện từ và lực yếu hợp nhất với nhau ở những năng lượng cao.

Thaler mô tả diquark là một hạt có hai lần “tính quark” của một quark. Một leptoquark sẽ cho phép các quark và lepton biến đổi theo những cach chưa giờ quan sát thấy và bị cấm đoán dưới mô hình chuẩn của ngành vật lí hạt, mô hình giải thích mọi hạt đã biết tính cho đến nay.

Thaler cho biết vì LHC cho các proton chứa quark va chạm với nhau, cho nên nó đặc biệt phù hợp với việc tạo ra các diquark. Đội của ông đã tính được rằng cả diquark lẫn leptoquark có thể xuất hiện tại LHC vào cuối năm nay.

Boson Higgs có xuất hiện tại LHC vào cuối năm nay?

Boson Higgs, hạt mang lại khối lượng cho mọi hạt khác, dẫn đầu danh sách những hạt được trông đợi nhất của Máy Va chạm Hadron Lớn. Theo mô hình chuẩn của ngành vật lí học, nó sẽ không xuất hiện trước năm 2013, nhưng cơ sở vật lí mới lạ cho phép nó xuất hiện sớm hơn.

Các nâng cấp cho LHC sẽ đòi hỏi nó ngừng hoạt động trong cả năm 2012. Nhưng khi đó, nó sẽ có đủ dữ liệu để thấy một hạt Higgs với khối lượng từ 160 đến 180 gigaelectronvolt (GeV) – ngoại trừ các kết quả từ máy va chạm Tevatron ở Batavia, Illinois, cùng với mô hình chuẩn, đã bác bỏ một khối lượng hạt Higgs ở trên giá trị chừng 160 GeV.

Nhưng LHC có thể gặp may nếu có những hạt và lực nằm ngoài mô hình chuẩn. Khi đó, hạt Higgs có thể nặng hơn 160 GeV và xuất hiện trong dữ liệu còn thô sơ.

Ngoài ra, nếu các quark nặng “thế hệ thứ tư” – dấu hiệu của cái xuất hiện tại Tevatron – tồn tại, thì LHC có thể phát hiện ra hạt Higgs với khối lương lên tới 300 GeV trước năm 2012.

Hạt Higgs còn có thể được trông thấy khi đó nếu nó nhẹ hơn 130 GeV. Trường hợp này có thể xảy ra nếu một hạt khác nữa nằm ngoài mô hình chuẩn, hạt Z’, tồn tại như một số mô hình lí thuyết dây dự đoán.

Nguồn: New Scientist

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


Lực ma sát bất ngờ xuất hiện ở helium-3 siêu chảy
11/02/2018
Helium-3 là một chất siêu chảy được cho là có thể chảy tự do không ma sát. Nhưng theo Jere Mäkinen và Vladimir Eltsov tại Đại
Lần đầu tiên tìm thấy hành tinh trong một thiên hà khác
10/02/2018
Khám phá đầu tiên được xác nhận về một hành tinh nằm ngoài Hệ Mặt Trời của chúng ta (ngoại hành tinh) là một sự kiện
Bản đồ Miền đất Vô hình - Phần 3
10/02/2018
2 Sóng biển Từ bến đậu của chúng ta ở Cảng Electron, ta muốn phác họa hải trình tiến về phía đường bờ biển mà ta nhìn
Bản đồ Miền đất Vô hình - Phần 2
10/02/2018
CHUYẾN THÁM HIỂM I Đứng cho vững, đừng say sóng Một con thuyền, nó làm bằng gì chứ – Hải âu, cá heo và nhiễu động –
Bản đồ Miền đất Vô hình - Phần 1
10/02/2018
VỀ QUYỂN SÁCH Vũ trụ thật ra được làm bằng gì? Làm thế nào chúng ta biết được? Hãy theo dõi bản đồ thế giới vô hình
Phải chăng bí ẩn moment từ muon đã được giải?
04/02/2018
Các nhà vật lí ở Nhật Bản cho biết họ đã có lời giải cho một vấn đề đã thách đố các nhà vật lí hạt trong gần hai
Nguyên tố cơ bản nhất của vật chất là gì?
04/02/2018
Trong phần này, bạn sẽ thấy chúng ta hiểu biết ít ỏi như thế nào về những thứ nhỏ nhoi nhất mà chúng ta thấy Việc biết
Tìm thấy ngôi sao già nhất Ngân Hà
02/02/2018
Theo các mô hình vũ trụ học hiện đại, Vũ trụ đã ra đời trong một sự kiện đại biến động gọi là Vụ Nổ Lớn (Big Bang).

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