Derpy
Intern Writer
Chúng ta đã có những bước tiến lớn trong việc khám phá những điều vô hình, đặc biệt là với sự trợ giúp của Máy va chạm Hadron Lớn (LHC) - thiết bị hàng đầu giúp chúng ta tìm hiểu về thế giới hạ nguyên tử. LHC có khả năng khảo sát thế giới của attometer, tức là chỉ khoảng một phần tỷ tỷ mét. Năm 2012, LHC đã xác nhận sự tồn tại của boson Higgs, mở ra hi vọng về một loạt các hạt mới sẽ giúp giải thích những bí ẩn còn tồn tại của vũ trụ như sự tồn tại của vật chất tối và sự bất đối xứng giữa vật chất và phản vật chất. Tuy nhiên, sự bùng nổ khám phá mà nhiều người kỳ vọng không thực sự xảy ra. Không phải là chúng ta không có bất kỳ phát hiện nào từ đó đến nay, nhưng không có phát hiện lớn nào tương xứng với boson Higgs.
Gần đây, một bài viết trong tạp chí New Scientist của nhà vật lý hạt nhân Harry Cliff, người làm việc trong thí nghiệm LHCb, đã nêu ra một lý thuyết về lý do tại sao chúng ta chưa tìm thấy những gì mình mong đợi. Theo lý thuyết này, nhiều phát hiện có thể đang ẩn giấu trong cái gọi là “vũ trụ zepto,” nơi chỉ tồn tại ở quy mô 10^-21 mét. LHC có thể phân tích các hạt trực tiếp xuống đến 50 zeptometers, nhưng Cliff nhấn mạnh rằng có thể những hạt khó nắm bắt này đơn giản là nằm ngoài khả năng phát hiện của LHC. Việc chế tạo một bộ dò mới có thể mở ra biên giới mới cho sự khám phá này – CERN đã hoàn thành một nghiên cứu khả thi cho Máy va chạm Hình tròn Tương lai (FCC) ngay trong năm nay. Tuy nhiên, Buras tin rằng chúng ta có thể khám phá những ranh giới mới này một cách gián tiếp mà không cần phải chờ đợi hàng thập kỷ để có thể điều tra một cách triệt để câu hỏi này (FCC sẽ không thực hiện các thí nghiệm vật lý năng lượng cao cho đến năm 2070).
Năm 2020, Buras đã đề cập đến vấn đề này trong một bài viết cho tạp chí Physik Journal, trong đó ông đã xác định bảy mục tiêu có thể cho cuộc điều tra, mà ông gọi là “bảy điều kỳ diệu.” Tất cả bảy mục tiêu này đều liên quan đến những sự phân rã hiếm hoi của các hạt chứa quark lạ và quark đáy, và Cliff gọi chúng là “tiếng vang từ vũ trụ zepto.” May mắn thay, một số thí nghiệm đã và đang tìm kiếm những sự phân rã cực kỳ hiếm này. Một ví dụ về sự phân rã như vậy bắt đầu từ meson B - một loại hạt composite được tạo thành từ nhiều loại quark khác nhau. Vào năm 2023, thí nghiệm Belle II tại Nhật Bản đã ghi lại sự phân rã này, tạo ra một hạt khác gọi là kaon (hay meson K) và hai neutrino. Tuy nhiên, vì thí nghiệm không được thiết lập để phát hiện neutrino trực tiếp, thông tin về chúng vẫn còn hạn chế.
Đây không phải là sự phân rã hiếm duy nhất được phát hiện gần đây. Vào tháng 9 năm 2024, thí nghiệm NA62 tại CERN đã ghi nhận sự phân rã của một kaon mang điện tích dương thành một pion và một cặp vật chất - phản vật chất. Người ta cho rằng ít hơn một trong 10 tỷ kaon sẽ phân rã theo cách này. Bởi vì tương tác này nhạy cảm với sự sai lệch của Mô hình Chuẩn, nó được xác định là một trong những mục tiêu hàng đầu để tìm kiếm vật lý mới. Hiện tại, thí nghiệm KOTO tại Nhật Bản đang tìm kiếm một xác nhận thứ hai cho sự phân rã kaon này.
“Cuộc tìm kiếm các hạt và lực mới vượt xa những gì trong Mô hình Chuẩn được thúc đẩy mạnh mẽ bởi nhu cầu giải thích vật chất tối, sự đa dạng khổng lồ của khối lượng hạt từ neutrino nhỏ bé đến quark trên khổng lồ, và sự bất đối xứng giữa vật chất và phản vật chất, điều này chịu trách nhiệm cho sự tồn tại của chúng ta,” Buras đã viết trong tạp chí CERN Courier năm ngoái. “Khi các cuộc tìm kiếm trực tiếp tại LHC vẫn chưa cung cấp bất kỳ manh mối nào về các hạt và lực mới này, các cuộc tìm kiếm gián tiếp đang trở nên ngày càng quan trọng.” Các nhà khoa học chỉ bắt đầu nhìn vào những biên giới chưa biết của vũ trụ zepto, và cho đến khi những máy va chạm thế hệ tiếp theo được đưa vào hoạt động, những sự phân rã cực kỳ hiếm này chính là những cửa sổ duy nhất của chúng ta vào vũ trụ đó.
Gần đây, một bài viết trong tạp chí New Scientist của nhà vật lý hạt nhân Harry Cliff, người làm việc trong thí nghiệm LHCb, đã nêu ra một lý thuyết về lý do tại sao chúng ta chưa tìm thấy những gì mình mong đợi. Theo lý thuyết này, nhiều phát hiện có thể đang ẩn giấu trong cái gọi là “vũ trụ zepto,” nơi chỉ tồn tại ở quy mô 10^-21 mét. LHC có thể phân tích các hạt trực tiếp xuống đến 50 zeptometers, nhưng Cliff nhấn mạnh rằng có thể những hạt khó nắm bắt này đơn giản là nằm ngoài khả năng phát hiện của LHC. Việc chế tạo một bộ dò mới có thể mở ra biên giới mới cho sự khám phá này – CERN đã hoàn thành một nghiên cứu khả thi cho Máy va chạm Hình tròn Tương lai (FCC) ngay trong năm nay. Tuy nhiên, Buras tin rằng chúng ta có thể khám phá những ranh giới mới này một cách gián tiếp mà không cần phải chờ đợi hàng thập kỷ để có thể điều tra một cách triệt để câu hỏi này (FCC sẽ không thực hiện các thí nghiệm vật lý năng lượng cao cho đến năm 2070).
Năm 2020, Buras đã đề cập đến vấn đề này trong một bài viết cho tạp chí Physik Journal, trong đó ông đã xác định bảy mục tiêu có thể cho cuộc điều tra, mà ông gọi là “bảy điều kỳ diệu.” Tất cả bảy mục tiêu này đều liên quan đến những sự phân rã hiếm hoi của các hạt chứa quark lạ và quark đáy, và Cliff gọi chúng là “tiếng vang từ vũ trụ zepto.” May mắn thay, một số thí nghiệm đã và đang tìm kiếm những sự phân rã cực kỳ hiếm này. Một ví dụ về sự phân rã như vậy bắt đầu từ meson B - một loại hạt composite được tạo thành từ nhiều loại quark khác nhau. Vào năm 2023, thí nghiệm Belle II tại Nhật Bản đã ghi lại sự phân rã này, tạo ra một hạt khác gọi là kaon (hay meson K) và hai neutrino. Tuy nhiên, vì thí nghiệm không được thiết lập để phát hiện neutrino trực tiếp, thông tin về chúng vẫn còn hạn chế.
Đây không phải là sự phân rã hiếm duy nhất được phát hiện gần đây. Vào tháng 9 năm 2024, thí nghiệm NA62 tại CERN đã ghi nhận sự phân rã của một kaon mang điện tích dương thành một pion và một cặp vật chất - phản vật chất. Người ta cho rằng ít hơn một trong 10 tỷ kaon sẽ phân rã theo cách này. Bởi vì tương tác này nhạy cảm với sự sai lệch của Mô hình Chuẩn, nó được xác định là một trong những mục tiêu hàng đầu để tìm kiếm vật lý mới. Hiện tại, thí nghiệm KOTO tại Nhật Bản đang tìm kiếm một xác nhận thứ hai cho sự phân rã kaon này.
“Cuộc tìm kiếm các hạt và lực mới vượt xa những gì trong Mô hình Chuẩn được thúc đẩy mạnh mẽ bởi nhu cầu giải thích vật chất tối, sự đa dạng khổng lồ của khối lượng hạt từ neutrino nhỏ bé đến quark trên khổng lồ, và sự bất đối xứng giữa vật chất và phản vật chất, điều này chịu trách nhiệm cho sự tồn tại của chúng ta,” Buras đã viết trong tạp chí CERN Courier năm ngoái. “Khi các cuộc tìm kiếm trực tiếp tại LHC vẫn chưa cung cấp bất kỳ manh mối nào về các hạt và lực mới này, các cuộc tìm kiếm gián tiếp đang trở nên ngày càng quan trọng.” Các nhà khoa học chỉ bắt đầu nhìn vào những biên giới chưa biết của vũ trụ zepto, và cho đến khi những máy va chạm thế hệ tiếp theo được đưa vào hoạt động, những sự phân rã cực kỳ hiếm này chính là những cửa sổ duy nhất của chúng ta vào vũ trụ đó.
