Một lý thuyết đang được thử nghiệm có thể khiến sách giáo khoa phải viết lại

Nó được coi là một sự "báng bổ" với lý thuyết vật lý hạt nhân hiện đại, tương tự cách Galileo Galilei thách thức giáo hội Công giáo Roma bằng thuyết nhật tâm hồi thế kỷ 17.

Một nhóm các nhà vật lý đến từ Hoa Kỳ, Nhật Bản và Australia vừa đề xuất một thí nghiệm chứng minh: cấu trúc proton có thể thay đổi bên trong hạt nhân nguyên tử, dưới những điều kiện nhất định.

Điều đó có nghĩa là gì? Nó được coi là một sự "báng bổ" với lý thuyết vật lý hạt nhân hiện đại, tương tự như cách mà Galileo Galilei thách thức giáo hội Công giáo Roma bằng thuyết nhật tâm hồi thế kỷ 17. Có thể toàn bộ sách giáo khoa sẽ phải được viết lại.

Sách giáo khoa vật lý từ phổ thông lên đến đại học đang có nguy cơ phải được viết lại.

"Đối với nhiều nhà khoa học, ý tưởng các proton bên trong hạt nhân có thể thay đổi dưới những điều kiện nhất định có vẻ vô lý, thậm chí được coi là một sự xúc phạm", giáo sư Anthony Thomas, một trong những nhà nghiên cứu đến từ Đại học Adelaide, Australia cho biết.

"Tuy nhiên, đối với một số người khác như tôi, bằng chứng về sự thay đổi này rất được mong đợi. Nó sẽ giúp giải thích một số mâu thuẫn còn tồn tại trong vật lý lý thuyết".

Vậy, điều gì sẽ xảy ra nếu đúng là proton có thể thay đổi bản thân nó trong một nguyên tử? Nó sẽ chẳng khiến thế giới sụp đổ hay ảnh hưởng nhiều đến cuộc sống hàng ngày của đa số chúng ta. Nhưng đối với vật lý hạt nhân và vật lý lý thuyết, nó được coi là một "trận đại hồng thủy" thực sự. Để hiểu được lí do tại sao, hãy lật lại những trang sách giáo khoa của bạn.

Hiểu biết hiện tại của chúng ta về proton.

Proton đã từng là một trong những hạt nhỏ nhất, cho đến khi chúng ta biết nó được cấu tạo nên từ 3 hạt quark bị ràng buộc lại bởi gluon. Sự hiểu biết của chúng ta về proton trong hạt nhân hiện nay chính là cách chúng ta quan sát được nó trong trạng thái tự do, không bị ràng buộc bởi hạt nhân và các electron.

Nhưng "sự thật" này lại không hoàn toàn phù hợp với thuyết sắc động lực học lượng tử, lý thuyết mô tả sự tương tác giữa các hạt quark và gluon. Trên cơ sở đó, các proton trong hạt nhân nguyên tử hoàn toàn có thể thay đổi dưới những mức năng lượng nhất định.

Để dễ dàng tưởng tượng, bạn có thể hình dung các proton là một miếng táo. Chúng ta nhìn thấy nó ở bên ngoài máy xay sinh tố (đóng vai trò hạt nhân nguyên tử), nó là một miếng táo nguyên vẹn. Lý thuyết hiện tại nói rằng một miếng táo trong máy xay sinh tố cũng sẽ nguyên vẹn như vậy. Tuy nhiên, thí nghiệm mới được đề xuất để chứng minh nó có thể thay đổi.

Một mô hình trong nghiên cứu mới.

Trong quá khứ, bởi giới hạn của công nghệ lý thuyết về sự thay đổi của proton trong nguyên tử chưa bao giờ được kiểm chứng. Cho đến khi những thiết bị tối tân nhất được lắp đặt tại cơ sở thí nghiệm Thomas Jefferson National Accelerator Facility, Hoa Kỳ, Thomas và nhóm nghiên cứu của ông mới vừa đề xuất thí nghiệm đầu tiên để chứng minh điều này.

"Bằng cách bắn một chùm điện tử vào hạt nhân nguyên tử, bạn có thể đo được sự khác biệt trong năng lượng của các điện tử thoát ra, thể hiện cho trạng thái đã thay đổi", Thomas nói. "Chúng tôi đang có những dự đoán khá chắc chắn về kết quả của lần thí nghiệm này, hy vọng những phép đo sẽ ấn định được nó".

Để chuẩn bị cho thí nghiệm đầu tiên, Thomas và nhóm nghiên cứu của ông đã xuất bản dự đoán của họ trên tạp chí Physical Review Letters từ đầu tuần trước. Bạn cũng có thể tải nghiên cứu này tại đây. Có lẽ ngay tại thời điểm này, thực nghiệm đã đang trong quá trình tiến trình.

Có thể thấy rằng đây là một thí nghiệm rất có ý nghĩa, ngay cả khi những dự đoán của Thomas và đồng nghiệp không khớp với kết quả đo đạc. Nó là minh chứng rõ ràng cho sự làm việc tận tụy của khoa học, để không bỏ sót bất kể một ngóc ngách nào trong hiểu biết của chúng ta về tự nhiên.

Còn nếu những lý thuyết được chứng minh, rằng đúng là proton có thể thay đổi trong hạt nhân, nó sẽ tạo nên một cú sốc cho các nhà vật lý. Có lẽ, rồi sẽ mất nhiều năm để họ hoàn thiện lại lý thuyết của mình. Sách giáo khoa từ trường phổ thông đến đại học trên toàn thế giới cũng phải được viết lại.