Tìm hạt bé nhất từ máy gia tốc lớn nhất thế giới 17:31' 22/09/2008 (GMT+7)
ố ố ổ ệ ấ ) là máy gia t c l n nh t ố ớ tr i Vi n KH&KT H t nhân vi t cho VietNamNet ộ ệ ậ ạ ồ ạ ế c đ n nay. TS Võ Văn Thu n, m t nhà v t lý t ế LHC. - LHC, t cứ Large Hadron Collider (h gia t c đ i chùm hadron kh ng l th gi i t ậ ế ớ ừ ướ v ho t đ ng ở ạ ộ ề
ệ i t ế ớ ừ ướ ấ ổ ồ ố ố ọ ế ế tr ạ ệ ố ố i đ t quanh vùng thành ph Geneva, Thu sĩ, n i có Trung tâm nghiên c u h t nhân châu Âu (CERN), t c đ n ế ầ ng kính 27 km ch y ng m ạ ướ ấ ơ ố ỵ ng xuyên và còn vài nghìn ng i đây ng trên toàn ứ i liên k t t các vi n tr ố ớ t k theo m t kênh tròn đ ườ ộ ạ ế ừ ườ ườ ườ ệ ệ LHC (Large Hadron Collider =h gia t c đ i chùm hadron kh ng l ) là máy gia t c l n nh t th gi nay. Tôi g i sau đây là h máy gia t c đ i chùm. Nó thi d có vài nghìn chuyên gia đang làm vi c th th gi i. ế ớ
ế ế ướ ấ
ỵ
ố c gia t c đ n năng l
Ả ề
ạ ạ ượ ế ấ ạ ộ ượ ỡ ạ ộ ự ủ ạ CERN và máy TeVatron hi n Trong kênh gia t c đó có 2 chùm h t ạ ể ng cao đ ố ượ ng phát sinh cao h n 14 ơ ượ ng nh ượ ỉ ạ ướ c nhau, đ ớ Fermilab ch đ t năng l ệ ở ố ố ộ ặ ể ặ ấ ạ ng va ch m hi m (v n có xác su t th p) s đ c đây, vì v y hy v ng tìm ki m các hi n t ơ c c i thi n.
ng kính 27 km ch y LHC thi t k theo m t kênh tròn đ ạ ườ ộ ng m d ơ i đ t quanh vùng thành ph Geneva, Thu sĩ, n i ố ầ có Trung tâm nghiên c u h t nhân châu Âu... ( nh: CERN) ứ ạ proton (là m t lo i h t hadron ph bi n nh t) ch y theo chi u ng ổ ế khi va ch m 2 proton c a 2 chùm v i nhau thì có m t s phá v h t nhân v i năng l ớ ỏ TeV (=14. 1012 eV). Máy gia t c cũ tr h n ho c x p x 1 TeV. M t đ c đi m quan tr ng là m t đ chùm h t proton đ i nhau đ t cao h n các máy gia t c ố ậ ộ tr ạ
c đây ở ọ ệ ượ ơ ướ ẽ ượ ỉ ậ ạ ố ế ệ ế ấ ấ ả ọ
i ta thi ạ ạ ể ườ ể ế ế ắ ạ ể ậ ấ ả ả t k l p đ t thi T i đi m va ch m, ng ặ ế ị c chúng, t khi bay ra thì có th ghi đo và nh n d ng đ ượ ậ vi c a máy gia t c đ i chùm LHC đang ho c đã l p xong 04 h đo ATLAS, CMS và LHCb, ALICE. ắ ặ ố (detector), đ khi các tia sinh ra trong cú va ch m ạ t b đo kh ng l ồ ổ đó bi c b n ch t và quá trình v t lý x y ra. Trên chu t đ ế ượ ừ ệ ủ ố
ế ị ạ ỗ ồ ế ộ ậ ố ự ướ ề ể ậ ợ ư ậ t b nh v y c đây ch a bi c cùng h p tác xây d ng trong 5-10 năm qua. ữ ớ ướ ế t ụ ư ệ ệ ớ Lúc tôi đ n thăm ATLAS h i tháng 3/2008 thì h v n đang l p ráp trong giai đo n cu i cùng. M i thi ắ ọ ẫ do m t t p th hàng vài trăm nhà v t lý và k s c a nhi u n ỹ ư ủ Trong đó l n nh t là 2 h ATLAS và CMS có nhi m v là tìm nh ng phát hi n hoàn toàn m i tr ệ ho c ch a có đi u ki n đ thí nghi m. ấ ề ư ệ ể ệ ặ
ệ ố ợ ữ ế ệ ả ư ứ ẽ ổ ể ẩ ặ ằ ố ố ấ ạ ể ệ ả ứ ả ổ ủ ế ữ ể ế ậ ả ố Hai h đo này có c u t o khác nhau nh ng s cùng ph i h p thí nghi m song hành đ tìm nh ng k t qu gi ng c trên nhau ho c liên quan đ so sánh đ i ch ng b sung cho nhau, nh m đ m b o s n ph m cu i cùng tìm đ ượ LHC là đáng tin c y. H đo ALICE và LHCb nh h n, ch y u đ nghiên c u b sung cho nh ng k t qu đã bi ế t ả tr c đây trên các máy gia t c năng l ng th p h n. ấ ỏ ơ ơ ướ ượ ố
ng trình nghiên c u c a CERN thì r t l n và n i dung đa d ng và ph c t p. Nh ng u tiên hàng đ u là V ch ề ươ ứ ạ ấ ớ ứ ủ ư ư ạ ầ ộ
các n i dung sau đây: ộ
thi ộ ạ ộ ơ ỷ ế ng nh chúng ta đã đo đ : đây là m t h t gi ả ư ố ượ t, sinh ra trong m t c ch t ượ i v i các h t c b n nguyên thu ạ ớ ấ c. Nó là s n ph m c a mô hình chu n lý thuy t th ng nh t ng tác qua l ủ ẩ ạ ơ ả ế ế ươ ả ẩ ố Tìm h t Higgs ạ đ các h t này có kh i l ạ ể c a các h t c b n. ủ ạ ơ ả
ữ Tuy nhiên trong ph m vi mô hình này ạ ề i ta v n ph i tính toán d a theo nhi u ệ ẫ ả thi t khác nhau nên d báo kh i l ả ế ố ệ ạ ọ
ạ ổ ạ ự ủ
ự ặ ớ ể ẽ ọ ơ ư ữ ể ạ ườ ng h t Higgs cũng không nh t quán. Có lúc, h hy v ng nó n ng kho ng ả ầ ặ ủ ậ t đâu kh i l ng đ sinh ra Higgs, trong máy LHC do va đ p c a 2 proton đ t trên 14 TeV nên ng Higgs còn l n h n th ng h n, đ đ hy v ng. Song, bi ướ ờ ố ượ ủ ể ượ ế ế ơ ớ ơ
Mô hình truy tìm h t Higgs ( nh: CERN) Ả và theo nh ng khuôn kh h n ch do các s li u th c nghi m qui đ nh, ng ự ế ị gi ố ượ ấ trên 100 l n kh i l ng c a h t proton, nh ng cũng có th s lên trên 200 l n ho c h n n a. Khác v i các máy gia ố ượ ầ ạ c đây ch a đ năng l t c tr ượ ư ố ủ bây gi chúng ta có m t kho ng năng l ả ộ nhi u thì ch c gì l n này đã th y đ ề
ọ c nó ngay c trên LHC! ả ượ ầ ấ ắ
ằ ể ụ ạ ạ ỉ ế t ả ưở ậ ọ ấ ẩ ượ ắ ẽ ộ ộ ớ ạ ư ị ẩ ợ ng cao đ n bao nhiêu. Đây là tr i h n ủ ế ạ ơ ả ẽ gi ậ ườ ỏ ơ ề ộ ố ng, nh m t “công c toán h c” đ d n ra kh i ể ẫ ng trong các lý thuy t tính toán trong mô hình chu n. N u v y thì ch c ch n s không tìm th y h t Higgs, dù có ạ ế i h n c a nó, gi ng nh đ nh lý ố ộ ố i ả ị ơ ế ề ố c Higgs phù h p v i d đoán c a lý thuy t có s n ! M t khác cũng có quan đi m cho r ng h t Higgs ch là h t gi ặ l ượ năng l c h c Newton ch gi ơ ọ m đ đi ti p đ n m t chân tr i m i. Đi u đó không kém ph n thú v , n u không mu n nói là còn thú v h n c ế ở ể ộ vi c tìm đ ế ượ ệ ế v n t c nh h n nhi u so v i t c đ ánh sáng. Vì v y lý thuy t h t c b n có m t l ỉ ớ ạ ở ậ ố ờ ị ế ớ ớ ự ư ộ ắ ng h p mà mô hình chu n s b c l ớ ố ầ ẵ ủ ợ
ế ươ ủ ệ ề ấ ẫ ộ thuy t khác nhau lu n gi ng đ i r ng c a Einstein đ xu t l c h p d n là bi u hi n c a đ cong không gian và th i gian, nh ng ư ờ ể ứ i, ch a ch ng ỉ ấ ự ế ủ ả ư ế ạ ậ ả c. Thuy t t ố ộ ng c a các h t hình thành th nào thì cũng ch có vài gi c th kh i l ủ ố ượ ụ ể minh th c nghi m đ ượ ệ ự
ượ ư ễ ể ố ượ ả ờ ưở ứ ư ự ộ ỏ ng là gì?”, t ố ộ ủ ụ ư ế ng trình nghiên c đ n nay. Đ y là nhi m v u tiên s m t c a hai nhóm thí nghi m ATLAS và ọ c h t Higgs t c là ta đang tr l c t tr ả ờ ượ ừ ướ ố ng nh d hi u, nh ng th c ch t ấ ệ ươ i m t câu h i “kh i l ệ ấ ọ i đ ố ố ớ ấ N u tìm đ ế ạ l i ch ng ai tr l ẳ ạ CMS trên h gia t c đ i chùm LHC. Nó cũng là hy v ng phát minh có tr ng s l n nh t trong ch ệ c u trên h gia t c LHC. ệ ứ ố
ạ ạ ự ế ộ ơ ố ứ ng t ế ế ụ ạ ượ ạ ố ấ ụ ạ ử ẹ ạ ả ố thuy t này cũng r t logic v toán h c, nh ng r t đáng ng v v t lý. Tìm các h t siêu đ i x ng thuy t này coi hai nhóm h t v n r t khác nhau là h t fermion (thí d h t đi n t ) và bozon (thí d h t l ạ sáng) có cùng ngu n g c cha m . N u qu v y thì c m i h t mà ta đã bi ị ế ồ nh ng v i tính cách r t khác nhau ! Gi ờ ề ậ ố ứ : Đây là các h t d a vào m t lý thuy t khác táo b o h n, đó là thuy t siêu đ i x ng. Lý ạ ánh ệ ử t đ u ph i có h t- “anh ch em sinh đôi” ế ề ọ ứ ỗ ạ ấ ả ậ ế ư ư ề ấ ả ấ ớ
ấ
ố ớ
ế ớ i
Th c s su t 30 năm nay, k t khi có lý thuy t đó, các ế ố ự ự ề ể ừ ặ ụ ể ấ ố ả ứ ệ ế ầ ượ ố ứ ặ ề ượ ạ ộ ạ ấ c h t Higgs. Theo tôi, ni m hy v ng tìm đ ể ỏ ơ ụ ấ ọ ố ớ
Bên trong máy gia t c l n nh t th gi ( nh: CERN) Ả thí nghi m trên máy gia t c và trong ghi đo tia vũ tr ch a h tìm th y m t h t cùng c p sinh đôi nào đ minh ư ệ ch ng cho ý t ưở minh còn b t ng h n là tìm đ so v i hy v ng v h t Higgs. Tuy nhiên đây là quan đi m riêng c a tôi, hoàn toàn không có ý mu n làm nh t chí nh ng đ ng nghi p đang r t nhi
ng đó c . N u l n này trên h ATLAS ho c CMS tìm th y ch m t h t siêu đ i x ng, thì đó là phát ố ứ ỉ ộ ạ ề c h t siêu đ i x ng bé nh h n nhi u ọ ờ ơ ạ ề ạ ủ t thành v i thuy t siêu đ i x ng. ế ệ ố ứ ữ ệ ấ ồ ớ
ỗ ỗ ượ thuy t h qu t ế ệ ả ừ ủ ả quá m t gi thuy t t ế ươ ấ ự ố ộ ẽ t, gi ng nh l ế ấ ộ ứ ủ ng t hút c a m t máy hút b i công su t cao, khi n cho t ị ả ươ ụ ử ề ấ ậ ị ố ị ở ế ế ể ố đên ho c h c đen. c mang tên là l ng đ i r ng c a Einstien. Khi kh i ử: L đen là m t gi ố ng t đen l Tìm tr ng thái l ộ ạ i h n nào đó thì s c hút (l c h p d n) s làm cho quá trình nén ti p ng tích t l ế v i m t đ kh ng l ộ ậ ộ ụ ớ ượ ẫ ớ ạ ồ ổ ấ ả t c t c và t o ra m t đi m không gian đ c bi ặ ụ ư ỗ ố ệ ể ộ ạ ụ v t ch t đi đ n g n nó đ u b hút t ánh sáng cũng ch u chung s ph n, và ta ch có t vào trong. Ngay c l ỉ ầ ậ i tăm, ánh sáng “chi u” vào trong, mà không có ánh sáng phát ra ngoài. Lý do đó làm cho đi m kỳ d tr thành t không th nhìn th y và đ ặ ượ ể ấ ố ỗ
ng thiên văn đang đ ố ượ ỗ ự ả ượ các trung tâm thiên hà ph i có các l ơ ụ ể ỗ đen còn n ng h n m t tr i trên 300 tri u l n. Tuy l c tìm đen ỗ trung tâm ở ợ đen có v đáng s , ẻ ơ đen thì chúng ta v n cùng t n t ệ ầ ỗ i v i chúng đã bao đ i nay.
Lỗ đen trong vũ trụ ( nh:Ả www.dailygalaxy.com) L đen vĩ mô là các đ i t ki m. D ng nh b t đ u có m t s hi n t ng th c nghi m cho th y ấ ở ế ư ắ ầ ườ ệ ộ ố ệ ượ kh ng l , thí d trung tâm Ngân Hà c a chúng ta có th có l ặ ủ ồ ổ các ho t tâm thiên hà (AGN) thì có th l ể ỗ ạ nh ng th c ra n u có th t các l ế
đên n ng h n m t tr i vài tri u l n, còn ặ ờ ặ ờ ệ ầ ồ ạ ớ ặ ẫ ự ư ậ ờ ỗ
ẫ ự ầ ỗ ế ấ ị ng kho ng cách. R t có th , s t n t đen là c n thi i c a các l ỉ ạ ấ ể ự ồ ạ ủ ngh ch v i bình đen, còn ra xa thì chúng y u r t nhanh theo t l ỉ ệ ố t đ cho vũ tr cân b ng, thí d , v i kh i ằ ớ ụ ớ ế ể ỗ trung tâm các thiên hà có th đóng vai trò nh m t tr i hút các hành tinh quanh ỗ ở ầ ể đen cho thiên hà đ i cân b ng lâu dài. Đó là vì l c h p d n ch m nh khi đên g n l ấ ph ươ ả ng kh ng l l ổ ượ nó, nh v y l ư ậ ỗ c a mình, l ồ ủ đen gi ữ ượ c hình thành, v n hành và t n t ậ ồ ạ ụ ư ặ ờ ằ
do Hawking và nhi u nhà v t lý tính toán và d báo. Chúng có kích th ỗ ượ ử ề ậ ướ ế c vi mô, liên quan đ n i vi mô có th còn nhìn th y các đen l ế ng t ằ ế ớ ự ề ộ ờ ể ấ Các l thuy t cho r ng ngoài không gian 3 chi u và th i gian m t chi u, trong th gi gi ề ả chi u khác c a không gian ho c th i gian. ề ủ ặ ờ
ấ ề ữ ươ i“ trong m t kích th ộ ộ ạ ướ ị ạ ạ ơ ả ng r t cao, chúng m i có th “xu t đ u l ớ ấ ầ ộ ệ ặ ấ c vi mô nh nh kích th ỏ ờ ớ ng b “gi u m t“ ho c b “cu n l ặ năng l ượ ạ ộ ụ ể ượ ấ ướ ủ c c a ư ể di n” trong m t th i đi m CERN. C th , khi 2 ở t trên gi ể ng r t cao trên h gia t c LHC ệ ậ ộ ậ ố ấ ạ ạ ố ượ ư ả ự đen”. Tuy nhiên đây ch là nh ng l i h n t o ớ ạ ạ i và phân rã thành ồ ạ ự ủ ữ ể ỗ ỗ ỉ Nh ng chi u này thông th ị các h t nhân hay h t c b n. Ch ỉ ở ch p nhoáng nh trong va ch m hai h t proton năng l ư proton ép sát vào nhau, nó gi ng nh khi x y ra s nén làm tăng m t đ v t ch t h t nhân v ra l c hút c a “l đen mini. Chúng có th phát sinh, t n t các h t c b n khác. ạ ơ ả
ng t đen theo hi u bi ạ ư ướ c, b i vì các c p h t và ph n h t có ạ ặ ở ỗ ể ố i vùng g n mép biên l i tăm” nh tr ế ỗ ả ạ ố ạ đen, khi n cho cùng lúc v i phân n a s h t ử t l ế ượ ộ ớ i, t c là phát ra ngoài ố ạ ụ ướ hi n đ i đã không còn “t ầ t vào trong thì còn m t n a s h t này ch y theo h ộ ử ữ ứ ạ ượ ạ ứ ỗ ạ ồ ượ ấ ả đen gây ra, d n đ n vi c các l ẫ ứ ạ ươ ự ế ỗ i trong th i gian c c ng n, gi ng nh nhi u lo i h t vi mô hình thành trong các ph n ng h t nhân năng l ng ng đen. K t qu là chúng ta có th nhìn th y nh ng b c x phát ra, đ ng nghĩa nh là l ư ệ ả ứ ể ng s phân rã và b c x do l ươ ố c l đen đã đ ỗ ạ ế c “chi u đen mini này ch t n ỉ ồ ượ ng ạ ạ ư ề ở ng đ ắ Th t ra l ử ệ ậ th sinh ra khi có nh ng tác đ ng m nh t ạ ạ ữ ể trong các c p này b hút t ị ặ l ế ỗ sáng”. Đi u đó cũng t ề t ự ờ ạ cao.
ệ ượ ế ệ ạ ữ ng liên quan đ n h t quark b trên h đo LHCb ượ ả ứ ẹ ứ c ch ng minh trong các thí nghi m t năng l i các máy gia t c Nghiên c u các hi n t beauty=đ p) là tên đ t cho lo i quark th 5 trong b ng phân lo i. Nó đã đ b n theo mô hình chu n và đ ứ ạ ượ ặ ẩ ạ ệ ả ạ ặ . Ch b là bottom=đáy (ho c ế ạ ơ c nghiên c u trong lý thuy t h t c ơ ng th p h n. ấ ứ ố ở ượ
ượ ủ ữ ớ ố ệ ằ ng trình c a CERN trên h gia t c LHC. S p t ắ ớ h n. H ng nghiên c u này ch là u tiên h ng 2 trong ch ơ ng c a h gia t c LHC, chúng ta có th tăng thêm nh ng b ng ch ng th c nghi m chính xác ứ i, v i năng l ướ ể ươ ự ố ứ ệ ệ ỉ ư ủ ạ
ng trình này còn nhi u n i dung, nh ng trong khuôn kh trình bày hôm nay, chúng ta t m tho mãn ậ ươ ư ạ ả ổ ộ Th t ra ch v i nh ng thông tin chính đã đ c p. ớ ề ề ậ ữ
ươ ứ ng trình nghiên c u trên LHC c a CERN s kéo dài hàng ch c năm. B i vì đây là nh ng thí nghi m r t ph c ủ ữ ấ ở ụ ố ệ ệ ứ ử ể ớ ẽ ỏ ấ ỏ ữ ừ ỉ ệ ậ ặ ừ ề ả ờ ng m i là r t nh , r t khó x lý s li u thô đ bóc tách nh ng hi u ng th t ra kh i ỏ . Nh v y m i công vi c đòi h i nhi u th i gian, v a tinh thông, v a t m , kiên trì. M t khác, chi ọ ố ọ cho khoa h c, ỉ không l ầ ư ấ ệ ệ ự ế ầ ộ ồ ỉ Ch ứ t p, xác su t có các hi n t ệ ượ ấ ạ các can nhi u gi ư ậ ễ phí cho d án gia t c đ i chùm và các h đo lên đ n g n 10 t USD, đó là m t món đ u t ố vì v y không d gì “tiêu” h t chúng trong m t th i gian ng n. ộ ễ ế ậ ắ ờ
•
TS Võ Văn Thu nậ (Vi n Khoa h c và K thu t h t nhân) ậ ạ ệ ọ ỹ
