Kể từ khi bắt đầu hoạt động lần thứ hai vào năm 2015, Large Hadron Collider đã thực hiện một số điều khá thú vị. Chẳng hạn, bắt đầu từ năm 2016, các nhà nghiên cứu tại CERN bắt đầu sử dụng máy va chạm để tiến hành thí nghiệm làm đẹp Large Hadron Collider (LHCb). Đây là cuộc điều tra nhằm xác định xem điều gì đã xảy ra sau Vụ nổ lớn để vật chất có thể tồn tại và tạo ra Vũ trụ mà chúng ta biết ngày nay.
Trong vài tháng qua, thí nghiệm đã mang lại một số kết quả ấn tượng, chẳng hạn như đo lường một dạng phân rã hạt rất hiếm và bằng chứng về một biểu hiện mới của sự bất đối xứng vật chất - phản vật chất. Và gần đây nhất, các nhà nghiên cứu đằng sau LHCb đã công bố phát hiện ra một hệ thống mới gồm năm hạt, tất cả đều được quan sát trong một phân tích duy nhất.
Theo tài liệu nghiên cứu, xuất hiện trong arXiv vào ngày 14 tháng 3 năm 2017, các hạt được phát hiện là trạng thái kích thích của cái được gọi là baryon của Omega-c-zero. Giống như các hạt khác thuộc loại này, Omega-c-zero được tạo thành từ ba hạt quark - hai trong số đó là loại lạ lạ trong khi thứ ba là quark quyến rũ. Sự tồn tại của baryon này đã được xác nhận vào năm 1994. Kể từ đó, các nhà nghiên cứu tại CERN đã tìm cách xác định xem có phiên bản nào nặng hơn không.
Và bây giờ, nhờ vào thí nghiệm LHCb, có vẻ như họ đã tìm thấy chúng. Chìa khóa là kiểm tra quỹ đạo và năng lượng còn lại trong máy dò bằng các hạt trong cấu hình cuối cùng của chúng và theo dõi chúng trở lại trạng thái ban đầu. Về cơ bản, các hạt Omega-c-zero phân rã qua lực mạnh thành một loại baryon khác (Xi-c-plus) và sau đó qua lực yếu thành các proton, kaon và pion.
Từ đó, các nhà nghiên cứu có thể xác định rằng những gì họ đang nhìn thấy là các hạt Omega-c-zero ở các trạng thái năng lượng khác nhau (tức là có kích thước và khối lượng khác nhau). Được biểu thị bằng megaelectronvolts (MeV), các hạt này có khối lượng lần lượt là 3000, 3050, 3066, 3090 và 3119 MeV. Phát hiện này khá độc đáo, vì nó liên quan đến việc phát hiện năm trạng thái năng lượng cao hơn của hạt cùng một lúc.
Điều này được thực hiện nhờ vào khả năng chuyên dụng của máy dò LHCb và bộ dữ liệu lớn được tích lũy từ lần chạy thứ nhất và thứ hai của LHC - chạy từ năm 2009 đến 2013 và kể từ năm 2015, tương ứng. Được trang bị thiết bị và kinh nghiệm phù hợp, các nhà nghiên cứu có thể xác định các hạt với mức độ chắc chắn áp đảo, loại trừ khả năng đó là một con sán thống kê trong dữ liệu.
Phát hiện này cũng được cho là sẽ làm sáng tỏ một số bí ẩn sâu xa hơn của các hạt hạ nguyên tử, giống như cách mà ba hạt quark cấu thành bị ràng buộc bên trong một baryon bởi lực mạnh của Lực - tức là lực cơ bản chịu trách nhiệm giữ các bên trong của các nguyên tử lại với nhau . Một bí ẩn khác mà điều này có thể giúp giải quyết trong mối tương quan giữa các trạng thái quark khác nhau.
Như Tiến sĩ Greig Cowan - một nhà nghiên cứu từ Đại học Edinburgh, người làm việc trên thí nghiệm LHCb tại Cern L LHC - đã giải thích trong một cuộc phỏng vấn với BBC:
Đây là một khám phá nổi bật sẽ làm sáng tỏ cách các quark liên kết với nhau. Nó có thể có ý nghĩa không chỉ để hiểu rõ hơn về proton và neutron, mà còn cả các trạng thái đa quark kỳ lạ hơn, chẳng hạn như pentaquarks và tetraquarks.“
Bước tiếp theo sẽ là xác định số lượng tử của các hạt mới này (số được sử dụng để xác định tính chất của một hạt cụ thể) cũng như xác định ý nghĩa lý thuyết của chúng. Kể từ khi xuất hiện trực tuyến, LHC đã giúp xác nhận Mô hình chuẩn của vật lý hạt, cũng như vươn xa hơn để khám phá những ẩn số lớn hơn về cách thức Vũ trụ hình thành và cách các lực cơ bản chi phối nó khớp với nhau.
Cuối cùng, việc phát hiện ra năm hạt mới này có thể là một bước quan trọng dọc theo con đường hướng tới Lý thuyết vạn vật (ToE), hoặc chỉ là một phần khác trong câu đố rất lớn đó là sự tồn tại của chúng ta. Hãy theo dõi để xem mà!
