Mùa hè này tại Chicago, từ ngày 3 tháng 8 đến ngày 10, các nhà lý thuyết và vật lý thực nghiệm từ khắp nơi trên thế giới sẽ tham gia Hội nghị Vật lý Năng lượng Cao Quốc tế (ICHEP). Một trong những điểm nổi bật của hội nghị này đến từ Phòng thí nghiệm Cern, nơi các nhà vật lý hạt đang trình diễn sự giàu có của dữ liệu mới mà Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) đã tạo ra cho đến nay.
Nhưng giữa tất cả sự phấn khích đến từ việc có thể nhìn vào hơn 100 kết quả mới nhất, một số tin tức xấu cũng đã được chia sẻ. Nhờ tất cả các dữ liệu mới do LHC cung cấp, khả năng một hạt cơ bản mới được phát hiện - một khả năng đã bắt đầu xuất hiện từ 8 tháng trước - hiện đã mờ dần. Quá tệ, bởi vì sự tồn tại của hạt mới này sẽ là đột phá!
Các dấu hiệu của hạt này xuất hiện lần đầu tiên vào tháng 12 năm 2015, khi các nhóm các nhà vật lý sử dụng hai máy dò hạt của CERN (ATLAS và CMS) lưu ý rằng các va chạm được thực hiện bởi LHC đang tạo ra nhiều cặp photon hơn dự kiến và với năng lượng kết hợp 750 gigaelectronvolts. Trong khi lời giải thích có khả năng nhất là một con sán thống kê, có một khả năng trêu ngươi khác - rằng họ đang nhìn thấy bằng chứng của một hạt mới.
Nếu hạt này trong thực tế là có thật, thì nó có khả năng là một phiên bản nặng hơn của boson Higgs. Hạt này, mang lại cho các hạt cơ bản khác khối lượng của chúng, đã được phát hiện vào năm 2012 bởi các nhà nghiên cứu tại CERN. Nhưng trong khi phát hiện ra hạt Higgs đã xác nhận Mô hình chuẩn của Vật lý hạt (đã là quy ước khoa học trong 50 năm qua), sự tồn tại có thể của hạt này không phù hợp với nó.
Một lý thuyết khác, có lẽ thậm chí còn thú vị hơn, đó là hạt là gravitron được tìm kiếm từ lâu, hạt lý thuyết đóng vai trò là vật mang lực lượng Bắt giữ cho lực hấp dẫn. Nếu thực sự nó là điều này hạt, sau đó các nhà khoa học cuối cùng sẽ có cách giải thích làm thế nào Thuyết tương đối rộng và Cơ học lượng tử kết hợp với nhau - thứ gì đó đã lảng tránh họ trong nhiều thập kỷ và kìm hãm sự phát triển của Lý thuyết vạn vật (ToE).
Vì lý do này, đã có một mức độ phấn khích công bằng trong cộng đồng khoa học, với hơn 500 bài báo khoa học được sản xuất về đề tài này. Tuy nhiên, nhờ số lượng dữ liệu khổng lồ được cung cấp trong vài tháng qua, các nhà nghiên cứu của Cern đã buộc phải công bố vào thứ Sáu tại ICEP 2016 rằng không có bằng chứng mới nào về hạt.
Kết quả được trình bày bởi đại diện của các đội lần đầu tiên nhận thấy dữ liệu bất thường vào tháng 12 năm ngoái. Đại diện cho máy dò ATLAS của Cern, lần đầu tiên ghi nhận các cặp photon, là Bruno Lenzi. Trong khi đó, Chiara Rovelli đại diện cho đội thi đấu sử dụng Compact Muon Solenoid (CMS), đã xác nhận bài đọc.
Như họ đã chỉ ra, các bài đọc chỉ ra một vết sưng trong các cặp photon vào tháng 12 năm ngoái đã đi vào đường thẳng, loại bỏ mọi nghi ngờ về việc liệu đó có phải là một con sán hay không. Tuy nhiên, như Tiziano Campores - người phát ngôn của C.M.S. - được trích dẫn bởi Thời báo New York như nói vào đêm trước của thông báo, các đội luôn rõ ràng về điều này không có khả năng:
Chúng tôi không thấy gì cả. Trong thực tế, thậm chí có một thâm hụt nhỏ chính xác tại thời điểm đó. Nó thất vọng vì rất nhiều sự cường điệu đã được thực hiện về nó. [Nhưng] chúng tôi đã luôn rất tuyệt vời về nó.
Những kết quả này cũng đã được C.M.S. đội trong cùng một ngày. Và Phòng thí nghiệm Cern đã lặp lại tuyên bố này trong một thông cáo báo chí gần đây đề cập đến việc thu thập dữ liệu mới nhất được trình bày tại ICEP 2016:
Đặc biệt, gợi ý hấp dẫn về sự cộng hưởng có thể có ở 750 GeV phân rã thành các cặp photon, gây ra sự quan tâm đáng kể từ dữ liệu năm 2015, đã không xuất hiện trở lại trong bộ dữ liệu năm 2016 lớn hơn nhiều và do đó dường như là một biến động thống kê.
Đây là tất cả tin tức đáng thất vọng, vì việc phát hiện ra một hạt mới có thể làm sáng tỏ nhiều câu hỏi phát sinh từ việc phát hiện ra hạt Higgs. Kể từ khi nó được quan sát lần đầu tiên vào năm 2012, và sau đó được xác nhận, các nhà khoa học đã phải vật lộn để hiểu làm thế nào mà chính thứ mang lại cho các hạt khác khối lượng của chúng lại có thể rất nhẹ.
Mặc dù là hạt cơ bản nặng nhất - với khối lượng 125 tỷ volt điện tử - lý thuyết lượng tử dự đoán rằng hạt Higgs phải nặng hơn hàng nghìn tỷ lần. Để giải thích điều này, các nhà vật lý lý thuyết đã tự hỏi liệu trên thực tế có một số lực khác đang hoạt động để giữ khối lượng boson Higgs ở vịnh - tức là một số hạt mới. Mặc dù chưa có hạt kỳ lạ mới nào được phát hiện, nhưng kết quả cho đến nay vẫn rất đáng khích lệ.
Chẳng hạn, họ cho thấy các thí nghiệm LHC đã ghi lại dữ liệu nhiều gấp năm lần trong tám tháng qua so với những gì họ đã làm trong tất cả năm ngoái. Họ cũng cung cấp cho các nhà khoa học cái nhìn thoáng qua về cách các hạt hạ nguyên tử hoạt động với năng lượng của 13 nghìn tỷ electronvolts (13 TeV), một mức mới đã đạt được vào năm ngoái. Mức năng lượng này đã được thực hiện từ các nâng cấp được thực hiện trên LHC trong thời gian gián đoạn hai năm; trước đó, nó chỉ hoạt động với một nửa công suất.
Một điều đáng để khoe khoang là thực tế là LHC đã vượt qua tất cả các hồ sơ hiệu suất trước đó vào tháng 6 vừa qua, đạt mức sáng tối đa 1 tỷ va chạm mỗi giây. Có thể tiến hành các thí nghiệm ở mức năng lượng này và liên quan đến nhiều vụ va chạm này, đã cung cấp cho các nhà nghiên cứu LHC một bộ dữ liệu đủ lớn để họ có thể thực hiện các phép đo chính xác hơn cho các quy trình Mô hình Chuẩn.
Cụ thể, họ sẽ có thể tìm kiếm các tương tác hạt dị thường ở khối lượng cao, tạo thành một thử nghiệm gián tiếp cho vật lý ngoài Mô hình chuẩn - cụ thể là các hạt mới được dự đoán bởi lý thuyết Siêu đối xứng và các hạt khác. Và trong khi họ chưa phát hiện ra bất kỳ hạt kỳ lạ mới nào, kết quả cho đến nay vẫn rất đáng khích lệ, chủ yếu là vì chúng cho thấy LHC đang tạo ra nhiều kết quả hơn bao giờ hết.
Và trong khi khám phá ra thứ gì đó có thể giải thích các câu hỏi phát sinh từ việc phát hiện ra boson Higgs sẽ là một bước đột phá lớn, nhiều người đồng ý rằng đơn giản là quá sớm để có được hy vọng của chúng tôi. Như Fabiola Gianotti, Tổng giám đốc tại CERN, đã nói:
Ngôi nhà của chúng tôi chỉ là lúc bắt đầu cuộc hành trình. Hiệu suất tuyệt vời của máy gia tốc LHC, thí nghiệm và tín hiệu điện toán cực kỳ tốt cho một khám phá chi tiết và toàn diện về thang đo năng lượng TeV, và tiến bộ đáng kể trong sự hiểu biết của chúng ta về vật lý cơ bản.
Hiện tại, có vẻ như tất cả chúng ta sẽ phải kiên nhẫn và chờ đợi kết quả khoa học hơn sẽ được tạo ra. Và tất cả chúng ta đều có thể an ủi trong thực tế rằng, ít nhất là cho đến nay, Mô hình Chuẩn vẫn có vẻ là mô hình chính xác. Rõ ràng, không có sự cắt giảm ngắn khi tìm ra cách thức Vũ trụ hoạt động và làm thế nào tất cả các lực cơ bản của nó khớp với nhau.
