Phát hiện loại lực mới có thể khiến sách giáo khoa Vật lý phải viết lại từ đầu

  •   53
  • 3.785

Từ việc dán nam châm lên cửa tủ lạnh nhà bạn đến việc ném một quả bóng vào trúng vòng lưới trên sân bóng rổ, các lực vật lý luôn tồn tại trong mọi khoảnh khắc trong cuộc sống của chúng ta.

Tất cả các lực mà chúng ta gặp hàng ngày có thể được tóm gọn chỉ còn bốn loại: lực hấp dẫn, lực điện từ, lực tương tác mạnh và lực tương tác yếu.

Giờ đây, các nhà vật lý công bố rằng họ đã tìm thấy những dấu hiệu rõ ràng của loại lực cơ bản thứ năm của tự nhiên.

Kết quả nghiên cứu được thực hiện tại một phòng thí nghiệm gần Chicago.

Bốn lực cơ bản chi phối cách tất cả các vật thể và hạt trong Vũ trụ tương tác với nhau.

Ví dụ, lực hấp dẫn làm cho các vật thể rơi xuống đất, và các đồ dùng nặng có thể nằm yên trên sàn nhà bạn.


Các khám phá mới đến từ thí nghiệm Muon g-2.

Hội đồng Cơ sở Khoa học và Công nghệ Vương quốc Anh (STFC) cho biết kết quả nghiên cứu này "cung cấp bằng chứng mạnh mẽ cho sự tồn tại của một loại hạt hoặc lực mới chưa được phát hiện".

Nhưng kết quả từ thí nghiệm Muon g-2 vẫn chưa thể đi đến một kết luận chắc chắn cho chúng ta.

Hiện tại có 1/40.000 khả năng rằng kết quả trên có thể chỉ là một sai sót thống kê - tương đương với mức độ tin cậy thống kê được mô tả là 4,1 sigma.

Mốc 5 sigma, hoặc khả năng mà tỉ lệ trùng hợp trong quan sát là 1/3,5 triệu, là yếu tố cần thiết để khẳng định một khám phá khoa học.

Giáo sư Mark Lancaster, trưởng nhóm nghiên cứu đã tiến hành cuộc thử nghiệm tại Vương quốc Anh, trả lời phỏng vấn trang tin BBC News: "Chúng tôi nhận thấy sự tương tác của các hạt muon không phù hợp với Mô hình Chuẩn [lý thuyết được chấp nhận rộng rãi hiện nay để giải thích cách các khối cấu tạo của Vũ trụ hoạt động]". 

Nhà nghiên cứu công tác tại Đại học Manchester nói thêm: "Rõ ràng, khám phá này rất thú vị vì nó có khả năng chỉ ra một tương lai với các định luật vật lý mới, các hạt mới và một lực mới mà chúng ta chưa từng thấy từ trước đến nay".

Phát hiện này là kết quả mới nhất trong chuỗi các kết quả đầy hứa hẹn từ các thí nghiệm vật lý hạt ở Mỹ, Nhật Bản và gần đây nhất là từ Máy va chạm Hadron Lớn ở biên giới Thụy Sĩ-Pháp.

Giáo sư Ben Allanach, công tác Đại học Cambridge, người không tham gia vào thử nghiệm mới nhất trên, cho biết: "Giác quan thứ sáu của tôi đang rạo rực và nói với tôi rằng điều này sẽ thành hiện thực".

"Suốt sự nghiệp của mình, tôi đã tìm kiếm các loại lực và các hạt mà chúng ta chưa biết, và đây chính là nó. Đây là khoảnh khắc mà tôi đã chờ đợi và tôi không ngủ được vì quá phấn khích".

Thí nghiệm này, được tiến hành tại trụ sở tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia Fermi (Fermilab) ở Batavia, Illinois (Mỹ) nhằm tìm kiếm các dấu hiệu của các hiện tượng mới trong vật lý bằng cách nghiên cứu hành vi của các hạt nhỏ hơn nguyên tử gọi là muon.

Có những dạng vật chất tạo nên thế giới của chúng ta thậm chí còn nhỏ hơn nguyên tử. Một số hạt nhỏ hơn nguyên tử này được tạo thành từ các thành phần thậm chí còn nhỏ hơn, trong khi những hạt khác không thể bị chia nhỏ thành bất cứ thứ gì khác (hạt cơ bản).

Muon là một trong những hạt cơ bản này; nó tương tự như electron, nhưng nặng hơn 200 lần.

Thí nghiệm Muon g-2 về cơ bản là quá trình đặt các hạt xung quanh một chiếc vòng chu vi 14 mét và sau đó tác dụng vào đó một từ trường. Theo định luật vật lý hiện tại, được nêu trong Mô hình chuẩn, quá trình này đáng ra sẽ phải làm cho các hạt muon chuyển động qua lại theo một tốc độ nhất định.

Tuy nhiên, trên thực tế, các nhà khoa học nhận thấy rằng các hạt muon chuyển động qua lại với tốc độ nhanh hơn so với dự kiến. Hiện tượng này có thể được gây ra bởi một lực tự nhiên hoàn toàn mới mà khoa học chưa biết.

Fermilab
Toạ lạc trên một địa điểm rộng 2.700 ha gần Chicago, Fermilab là phòng thí nghiệm vật lý hạt hàng đầu của Mỹ.

Vẫn chưa ai biết lực mới tiềm năng này có tác dụng gì, ngoài tác động của nó lên các hạt muon.

Các nhà vật lý lý thuyết tin rằng hiện tượng trên cũng có thể được gây ra bởi một loại hạt phụ nhỏ hơn nguyên tử nhưng chưa được phát hiện. Có nhiều khái niệm về loại hạt giả thuyết này. Có một giả thuyết được gọi là leptoquark; còn một giả thuyết khác là Z 'boson (Z-prime boson).

Tháng trước, các nhà vật lý thực hiện thí nghiệm LHCb tại Máy va chạm Hadron Lớn đã mô tả các kết quả có thể hé lộ về một loại hạt và lực mới.

Tiến sĩ Mitesh Patel, công tác Đại học Hoàng gia London, người đã tham gia vào dự án trên, cho biết: "Cuộc đua thực hiện một trong những thí nghiệm này đang thực sự bắt đầu, để tìm được bằng chứng thực sự rằng đây thực sự là một loại lực mới. Việc này sẽ cần nhiều dữ liệu và nhiều phép đo hơn nữa và hy vọng có bằng chứng cho thấy những hiệu ứng này là có thật".

Giáo sư Allanach đã đặt rất nhiều tên gọi khác nhau cho loại lực thứ năm trong các mô hình lý thuyết của mình. Trong số đó có những cái tên như "lực hương vị", "siêu lực gia đình thứ ba" và - thông dụng nhất - là tên gọi "B trừ L2".

Có rất nhiều bí ẩn về vũ trụ mà chúng ta hiện không thể giải thích được.
Có rất nhiều bí ẩn về vũ trụ mà chúng ta hiện không thể giải thích được.

Ngoài lực hấp dẫn và lực điện từ vốn quen thuộc hơn (chính là những tác nhân tạo ra điện và từ), các loại lực tương tác mạnh và yếu chi phối hành vi của các hạt nhỏ hơn nguyên tử.

Loại lực cơ bản thứ năm có thể giúp giải thích một số bí ẩn lớn về vũ trụ đã làm đau đầu các nhà khoa học trong nhiều thập kỷ gần đây.

Ví dụ, kết quả quan sát cho thấy sự giãn nở của vũ trụ đang gia tăng về tốc độ được lý giải là do một hiện tượng bí ẩn được gọi là năng lượng tối. Nhưng một số nhà nghiên cứu trước đây đã cho rằng hiện tượng có thể là bằng chứng của loại lực thứ năm.

Tiến sĩ Maggie Aderin-Pocock, người dẫn chương trình Sky at Night của đài BBC, trả lời trang tin BBC News: "Điều này khá khó hiểu. Nó có khả năng làm thay đổi toàn bộ ngành vật lý. Chúng ta vẫn còn một số bí ẩn chưa được giải đáp. Và kết quả này có thể cho chúng ta câu trả lời để giải đáp những bí ẩn này".

Cập nhật: 29/04/2021 Theo VnReview
  • 53
  • 3.785

Theo dõi cộng đồng KhoaHoc.tv trên facebook