Những bằng chứng về Higgs boson ở Fermilab

Các nhà vật lý làm việc trong đề tài HyperCP tại Fermilab (Mỹ) vừa khẳng định họ có thể vừa có những kết quả ban đầu về Higgs boson - loại hạt cơ bản mà nhiều giả thiết cho rằng nó chiếm hầu hết khối lượng trong vũ trụ. Tuy nhiên, để khẳng định này được đúng đắn, Lý thuyết Trường chuẩn của vật lý hạt (ra đời đã hơn 30 năm) có thể phải nhường chỗ cho sự thay thế của lý thuyết siêu đối xứng (Theo kết quả vừa công bố trên Phys. Rev. Lett. 98 (2007) 081802).

Hình ảnh mô phỏng về sự xuất hiện của Higg boson

Một thành tựu lớn của Mô hình Trường chuẩn là nó thống nhất 2 lực cơ bản là lực tương tác yếu và lực điện tử trong một lực điện từ yếu, đối xứng duy nhất ở năng lượng cao. Nhưng ở năng lượng thấp, lý thuyết lực điện từ yếu đối xứng lại bao hàm rằng hạt không có khối lượng, tức là hoàn toàn thiếu chính xác. Đây là khởi nguồn cho sự xuất hiện của Higgs boson - một hạt mà có thể phá vỡ đối xứng điện từ yếu ở năng lượng thấp. Nếu mô hình chuẩn hiện thời là chính xác, Higgs sẽ có khối lượng trong khoảng từ 100 GeV đến 1 TeV, có thể cho phép các nhà vật lý tìm thấy nó ở máy gia tốc Large Hadron Collider 14 TeV ở CERN khi mà nó bắt đầu hoạt động vào tháng 11/2006.

Tuy nhiên, các nhà vật lý khi phân tích các số liệu từ thí nghiệm HyperCP ở Fermilab vào tháng 1/2006 đã phát biểu rằng phòng thí nghiệm đã đạt được điều đó lần đầu tiên - có nghĩa là chúng ta có thể sẽ phải chuẩn bị xem xét một mô hình mở rộng cho lý thuyết trường chuẩn.

Thí nghiệm này bao gồm việc bắn phá một chùm proton ở một bia cố định, làm xuất hiện 3 "sự kiện" trong đó một hạt Sigma+ phân rã thành một photon và một cặp muon, phản muon. Mặc dù3 "sự kiện" thường không liên quan đáng kể đến nhau, nhưng German Valencia (Đại học Tổng hợp bang Iowa, Mỹ) cùng các đồng nghiệp đã giả định rằng các sự kiện này có thể được hiểu như một bằng chứng cho một hạt mới với khối lượng 214,3 MeV, được họ đặt cho tên là "hạt HyperCP".

Do nó khá nhẹ và có xác suất tương tác yếu, HyperCP sẽ không phù hợp với mô hình trường chuẩn. Tuy nhiên, nó có thể được giải thích bằng cách sử dụng "Mô hình chuẩn siêu đối xứng gần đúng cực tiểu" (Next-to-minimal supersymmetric standard model - NMSSM). Đây là một trong số các mô hình siêu đối xứng, có xu hướng lý giải tại sao các lực cơ bản lại có sự khác biệt đến vậy về cường độ bằng cách giả thiết 2 hoặc nhiều hơn số các hạt. Trong mô hình NMSSM, có 7 Higgs boson, và nhóm của Valencia cho rằng hạt HyperCP có thể là hạt nhẹ nhất trong số này.

Máy gia tốc ở Fermilab

Mặc dù cần phải cần thêm nữa những bằng chứng so với 3 dữ kiện về HyperCP để có thể thuyết phục khác nhà vật lý tiến đến lý thuyết NMSSM, nhưng Valencia lại có bị kích thích bởi những ý tưởng về vật lý dưới mô hình trường chuẩn hiện tại. Đây không phải lần đầu tiên các nhà vật lý tuyên bố rằng Higgs như một bộ phận khác của lý thuyết siêu đối xứng. Hồi đầu năm nay, John Conway và Tommaso Dorigo giả thiết rằng một "bơm" 160 GeV ở Fermilab có thể là một trong 5 Higgs boson trong mô hình được chấp nhận nhiều hơn là Minimal supersymmetric standard models (MSSM).

Jon Cartwright , Vạn lý Độc hành