Tìm hạt bé nhất từ máy gia tốc lớn nhất thế giới

- LHC, tức Large Hadron Collider (hệ gia tốc đối chùm hadron khổng lồ) là máy gia tốc lớn nhất thế giới từ
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tìm hạt bé nhất từ máy gia tốc lớn nhất thế giớiTìmhạtbénhấttừmáygiatốclớnnhấtthếgiới17:3122/09/2008(GMT+7) - LHC, tức Large Hadron Collider (hệ gia tốc đối chùm hadron khổng lồ) là máy gia tốc lớn nhấtthế giới từ trước đến nay. TS Võ Văn Thuận, một nhà vật lý tại Viện KH&KT Hạt nhân viết cho VietNamNetvề hoạt động ở LHC.LHC (Large Hadron Collider =hệ gia tốc đối chùm hadron khổng lồ) là máy gia tốc lớn nhất thế giới từ trước đếnnay. Tôi gọi sau đây là hệ máy gia tốc đối chùm. Nó thiết kế theo một kênh tròn đường kính 27 km chạy ngầmdưới đất quanh vùng thành phố Geneva, Thuỵ sĩ, nơi có Trung tâm nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN), tại đâycó vài nghìn chuyên gia đang làm việc thường xuyên và còn vài nghìn người liên kết từ các viện trường trên toànthế giới.LHC thiết kế theo một kênh tròn đường kính 27 km chạyngầm dưới đất quanh vùng thành phố Geneva, Thuỵ sĩ, nơicó Trung tâm nghiên cứu hạt nhân châu Âu... (Ảnh: CERN) Trong kênh gia tốc đó có 2 chùm hạtproton (là một loại hạt hadron phổ biến nhất) chạy theo chiều ngược nhau, được gia tốc đến năng lượng cao đểkhi va chạm 2 proton của 2 chùm với nhau thì có một sự phá vỡ hạt nhân với năng lượng phát sinh cao hơn 14TeV (=14. 1012 eV). Máy gia tốc cũ trước đây ở CERN và máy TeVatron hiện ở Fermilab chỉ đạt năng lượng nhỏhơn hoặc xấp xỉ 1 TeV. Một đặc điểm quan trọng là mật độ chùm hạt proton đối nhau đạt cao hơn các máy gia tốctrước đây, vì vậy hy vọng tìm kiếm các hiện tượng va chạm hiếm (vốn có xác suất thấp) sẽ được cải thiện.Tại điểm va chạm, người ta thiết kế lắp đặt thiết bị đo khổng lồ (detector), để khi các tia sinh ra trong cú va chạmkhi bay ra thì có thể ghi đo và nhận dạng được chúng, từ đó biết được bản chất và quá trình vật lý xảy ra. Trên chuvi của máy gia tốc đối chùm LHC đang hoặc đã lắp xong 04 hệ đo ATLAS, CMS và LHCb, ALICE.Lúc tôi đến thăm ATLAS hồi tháng 3/2008 thì họ vẫn đang lắp ráp trong giai đoạn cuối cùng. Mỗi thiết bị như vậydo một tập thể hàng vài trăm nhà vật lý và kỹ sư của nhiều nước cùng hợp tác xây dựng trong 5-10 năm qua.Trong đó lớn nhất là 2 hệ ATLAS và CMS có nhiệm vụ là tìm những phát hiện hoàn toàn mới trước đây chưa biếthoặc chưa có điều kiện để thí nghiệm.Hai hệ đo này có cấu tạo khác nhau nhưng sẽ cùng phối hợp thí nghiệm song hành để tìm những kết quả giốngnhau hoặc liên quan để so sánh đối chứng bổ sung cho nhau, nhằm đảm bảo sản phẩm cuối cùng tìm được trênLHC là đáng tin cậy. Hệ đo ALICE và LHCb nhỏ hơn, chủ yếu để nghiên cứu bổ sung cho những kết quả đã biếttrước đây trên các máy gia tốc năng lượng thấp hơn.Về chương trình nghiên cứu của CERN thì rất lớn và nội dung đa dạng và phức tạp. Nhưng ưu tiên hàng đầu làcác nội dung sau đây:Tìm hạt Higgs: đây là một hạt giả thiết, sinh ra trong một cơ chế tương tác qua lại với các hạt cơ bản nguyên thuỷđể các hạt này có khối lượng như chúng ta đã đo được. Nó là sản phẩm của mô hình chuẩn lý thuyết thống nhấtcủa các hạt cơ bản.Mô hình truy tìm hạt Higgs (Ảnh: CERN) Tuy nhiên trong phạm vi mô hình nàyvà theo những khuôn khổ hạn chế do các số liệu thực nghiệm qui định, người ta vẫn phải tính toán dựa theo nhiềugiả thiết khác nhau nên dự báo khối lượng hạt Higgs cũng không nhất quán. Có lúc, họ hy vọng nó nặng khoảngtrên 100 lần khối lượng của hạt proton, nhưng cũng có thể sẽ lên trên 200 lần hoặc hơn nữa. Khác với các máy giatốc trước đây chưa đủ năng lượng để sinh ra Higgs, trong máy LHC do va đập của 2 proton đạt trên 14 TeV nênbây giờ chúng ta có một khoảng năng lượng hơn, đủ để hy vọng. Song, biết đâu khối lượng Higgs còn lớn hơn thếnhiều thì chắc gì lần này đã thấy được nó ngay cả trên LHC!Mặt khác cũng có quan điểm cho rằng hạt Higgs chỉ là hạt giả tưởng, như một “công cụ toán học” để dẫn ra khốilượng trong các lý thuyết tính toán trong mô hình chuẩn. Nếu vậy thì chắc chắn sẽ không tìm thấy hạt Higgs, dù cónăng lượng cao đến bao nhiêu. Đây là trường hợp mà mô hình chuẩn sẽ bộc lộ giới hạn của nó, giống như định lýcơ học Newton chỉ giới hạn ở vận tốc nhỏ hơn nhiều so với tốc độ ánh sáng. Vì vậy lý thuyết hạt cơ bản có một lốimở để đi tiếp đến một chân trời mới. Điều đó không kém phần thú vị, nếu không muốn nói là còn thú vị hơn cảviệc tìm được Higgs phù hợp với dự đoán của lý thuyết có sẵn !Thuyết tương đối rộng của Einstein đề xuất lực hấp dẫn là biểu hiện của độ cong không gian và thời gian, nhưngcụ thể khối lượng của các hạt hình thành thế nào thì cũng chỉ có vài giả thuyết khác nhau luận giải, chưa chứngminh thực nghiệm được.Nếu tìm được hạt Higgs tức là ta đang trả lời một câu hỏi “khối lượng là gì?”, tưởng như dễ hiểu, nhưng thực chấtlại chẳng ai trả lời được từ trước đến nay. Đấy là nhiệm vụ ưu tiên số một của hai nhóm thí nghiệm ATLAS vàCMS trên hệ gia tốc đối chùm LHC. Nó cũng là hy vọng phát minh có trọng số lớn nhất trong chương trình nghiêncứu trên hệ gia tốc LHC.Tìm các h ...