Bùi Minh Nhật
Intern Writer
Trong suốt gần một thế kỷ, các nhà vật lý hạt đã xem mômen từ dị thường của muon một hạt sơ cấp nặng hơn electron như một phép thử cực kỳ nhạy để kiểm nghiệm tính chính xác của Mô hình Chuẩn. Mới đây, Fermilab (Mỹ) một trong những trung tâm nghiên cứu vật lý hạt hàng đầu thế giới đã công bố dữ liệu chính xác nhất từ trước đến nay về hiện tượng này. Kết quả không chỉ xác nhận những tiên đoán gần đây của lý thuyết mà còn đặt ra một chuẩn mực mới cho các phép đo trong tương lai.
Từ năm 2017 đến 2023, các nhà khoa học quốc tế đã tiến hành một chuỗi thí nghiệm tại Fermilab sử dụng một vòng từ khổng lồ đường kính hơn 15 mét để nghiên cứu hành vi quay (spin) của muon trong từ trường. Muon là một hạt giống electron nhưng nặng hơn gấp 200 lần, chỉ sống được vài micro giây. Tuy vậy, chúng có đặc điểm như những “nam châm nhỏ” và chính sự dao động spin của chúng khi chịu ảnh hưởng của từ trường cho phép các nhà khoa học đo được giá trị g (g-factor), vốn được cho là xấp xỉ 2 trong điều kiện lý tưởng.
Tuy nhiên, khi lý thuyết trường lượng tử ra đời, giá trị này không còn đơn giản. Sự góp mặt của các tương tác từ lực mạnh, yếu và cả trường Higgs đã khiến hệ số g lệch nhẹ khỏi giá trị "2". Sự chênh lệch cực nhỏ đó gọi là mômen từ dị thường, hay "g-2" là thứ được giới vật lý quan sát sát sao, vì bất kỳ sai lệch nào cũng có thể ám chỉ sự tồn tại của vật lý mới nằm ngoài Mô hình Chuẩn.
Vào ngày 3/6/2025, Fermilab chính thức công bố kết quả cuối cùng của thí nghiệm muon g-2, với độ chính xác đạt 127 phần tỷ một mức độ tinh vi chưa từng có trong lịch sử vật lý hạt. Nghiên cứu này đã được gửi tới tạp chí khoa học danh tiếng Physical Review D.
Trước đây, vào năm 2021, dữ liệu sơ bộ từ Fermilab từng gây chú ý khi cho thấy sự lệch nhỏ so với tiên đoán, khiến nhiều nhà khoa học hy vọng đó là dấu hiệu của vật lý ngoài Mô hình Chuẩn có thể là một lực cơ bản mới. Tuy nhiên, theo bản cập nhật lý thuyết gần đây do nhóm Sáng kiến Lý thuyết Muon công bố, kết quả năm 2025 lại phù hợp hơn với các tính toán từ phương pháp sắc động lực học lượng tử trên lưới (Lattice QCD), làm dịu bớt sự kỳ vọng về một cuộc cách mạng lý thuyết.
Simon Corrodi nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne nhận định: “Muon vẫn là bài kiểm tra gắt gao nhất cho Mô hình Chuẩn. Kết quả mới sẽ là nền tảng cho mọi phép tính lý thuyết sắp tới.”
Hiện tại, Nhật Bản cũng đang chuẩn bị cho thí nghiệm g-2 của riêng mình vào những năm 2030, dù độ chính xác dự kiến ban đầu sẽ không bằng Fermilab. Dẫu vậy, việc nhiều quốc gia cùng tham gia nghiên cứu chứng tỏ tầm quan trọng ngày càng lớn của muon g-2 trong hành trình tìm hiểu cấu trúc cơ bản của vũ trụ.
www.popularmechanics.com
Thí nghiệm muon g-2: Khi vật lý trở nên siêu nhạy
Từ năm 2017 đến 2023, các nhà khoa học quốc tế đã tiến hành một chuỗi thí nghiệm tại Fermilab sử dụng một vòng từ khổng lồ đường kính hơn 15 mét để nghiên cứu hành vi quay (spin) của muon trong từ trường. Muon là một hạt giống electron nhưng nặng hơn gấp 200 lần, chỉ sống được vài micro giây. Tuy vậy, chúng có đặc điểm như những “nam châm nhỏ” và chính sự dao động spin của chúng khi chịu ảnh hưởng của từ trường cho phép các nhà khoa học đo được giá trị g (g-factor), vốn được cho là xấp xỉ 2 trong điều kiện lý tưởng.
Tuy nhiên, khi lý thuyết trường lượng tử ra đời, giá trị này không còn đơn giản. Sự góp mặt của các tương tác từ lực mạnh, yếu và cả trường Higgs đã khiến hệ số g lệch nhẹ khỏi giá trị "2". Sự chênh lệch cực nhỏ đó gọi là mômen từ dị thường, hay "g-2" là thứ được giới vật lý quan sát sát sao, vì bất kỳ sai lệch nào cũng có thể ám chỉ sự tồn tại của vật lý mới nằm ngoài Mô hình Chuẩn.
Vào ngày 3/6/2025, Fermilab chính thức công bố kết quả cuối cùng của thí nghiệm muon g-2, với độ chính xác đạt 127 phần tỷ một mức độ tinh vi chưa từng có trong lịch sử vật lý hạt. Nghiên cứu này đã được gửi tới tạp chí khoa học danh tiếng Physical Review D.
Vật lý mới hay chiến thắng của Mô hình Chuẩn?
“Mômen từ dị thường của muon là một trong những cách nhạy nhất để kiểm tra Mô hình Chuẩn,” bà Regina Rameika Phó giám đốc Văn phòng Vật lý năng lượng cao của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ chia sẻ. Bà nhấn mạnh: “Kết quả lần này là cột mốc đáng chú ý cho toàn bộ cộng đồng vật lý.”Trước đây, vào năm 2021, dữ liệu sơ bộ từ Fermilab từng gây chú ý khi cho thấy sự lệch nhỏ so với tiên đoán, khiến nhiều nhà khoa học hy vọng đó là dấu hiệu của vật lý ngoài Mô hình Chuẩn có thể là một lực cơ bản mới. Tuy nhiên, theo bản cập nhật lý thuyết gần đây do nhóm Sáng kiến Lý thuyết Muon công bố, kết quả năm 2025 lại phù hợp hơn với các tính toán từ phương pháp sắc động lực học lượng tử trên lưới (Lattice QCD), làm dịu bớt sự kỳ vọng về một cuộc cách mạng lý thuyết.
Simon Corrodi nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne nhận định: “Muon vẫn là bài kiểm tra gắt gao nhất cho Mô hình Chuẩn. Kết quả mới sẽ là nền tảng cho mọi phép tính lý thuyết sắp tới.”
Hiện tại, Nhật Bản cũng đang chuẩn bị cho thí nghiệm g-2 của riêng mình vào những năm 2030, dù độ chính xác dự kiến ban đầu sẽ không bằng Fermilab. Dẫu vậy, việc nhiều quốc gia cùng tham gia nghiên cứu chứng tỏ tầm quan trọng ngày càng lớn của muon g-2 trong hành trình tìm hiểu cấu trúc cơ bản của vũ trụ.
This Particle Isn’t Following the Rules of Physics. Maybe the Rules Are Wrong.
After six years of collecting data, the muon g-2 experiment released its results and could chart a new path for particle physics.
www.popularmechanics.com
