Một thế lực nguyên thủy đã từng thống trị vũ trụ và các nhà khoa học đã hồi sinh nó

[Bui Nhat Minh]

Chúng ta thường được dạy rằng vũ trụ được điều khiển bởi bốn lực cơ bản: hấp dẫn, điện từ, hạt nhân mạnh và hạt nhân yếu. Nhưng sự thật là, các lực này không hẳn độc lập hoàn toàn. Trên thực tế, trong khoảnh khắc đầu tiên của vũ trụ chính xác hơn là một phần nghìn tỷ giây sau vụ nổ Big Bang lực điện từ và lực hạt nhân yếu là một, được gọi chung là tương tác điện yếu.

Ngày nay, chúng ta không còn thấy lực này trong trạng thái nguyên thủy nữa, vì cơ chế Higgs đã chia tách chúng, đồng thời "trao khối lượng" cho các hạt mang lực yếu boson W và Z. Nhưng các nhà khoa học vẫn có thể tái tạo điều kiện vũ trụ sơ khai để quan sát tương tác điện yếu, nhờ vào một công cụ kỳ diệu đặt tại Thụy Sĩ Máy va chạm Hadron Lớn (LHC) của CERN.

Đo góc trộn điện yếu: Chìa khóa mở ra bí mật vật chất​

Một bước tiến lớn trong việc hiểu rõ hơn về tương tác điện yếu vừa được thực hiện bởi nhóm cộng tác CMS (Compact Muon Solenoid) tại LHC. Họ đã đo chính xác chưa từng có góc trộn điện yếu hay còn gọi là góc Weinberg (θW). Đây là một thông số nền tảng giúp xác định mối quan hệ giữa lực yếu và lực điện từ, đồng thời nói lên cách cơ chế Higgs phân định khối lượng cho các hạt cơ bản.

Dựa trên dữ liệu từ LHC Run 2 (2016–2018), nhóm nghiên cứu đã phân tích hàng triệu vụ va chạm proton với năng lượng lên đến 13 TeV. Họ đếm số lần các hạt như electron hay muon bay về phía trước hay phía sau để tính ra một hiện tượng gọi là sự bất đối xứng tiến-lùi từ đó suy ra góc trộn điện yếu hiệu quả.

Theo giáo sư Arie Bodek (Đại học Rochester), đây là bước đệm để kiểm nghiệm mô hình chuẩn của vật lý hạt ở mức độ chi tiết chưa từng có. Điều thú vị là, dù LHC rất mạnh, nhưng nó không phải là công cụ lý tưởng để đo đạc chính xác, bởi các vụ va chạm proton tạo ra quá nhiều “nhiễu nền”. Vì vậy, giới khoa học đang hướng đến một thế hệ máy gia tốc mới.

“Nhà máy Higgs” nơi tương lai vật lý hạt được định hình​

Dù LHC vẫn tiếp tục hoạt động đến ít nhất năm 2035, các nhà khoa học đang lên kế hoạch xây dựng những máy va chạm electron-positron được mệnh danh là “nhà máy Higgs”. Đây sẽ là những cỗ máy chuyên biệt để sản xuất boson Higgs hàng loạt, phục vụ cho các nghiên cứu siêu chính xác.

Hiện có bốn đề xuất hàng đầu:

• Future Circular Collider (FCC) và Compact Linear Collider (CLIC) của CERN
• Circular Electron-Positron Collider (CEPC) của Trung Quốc
• International Linear Collider (ILC) của Nhật Bản

Nếu một trong những dự án này thành hiện thực, chúng có thể đưa nhân loại tiến gần hơn đến Lý thuyết thống nhất lớn “chén thánh” mà các nhà vật lý luôn khao khát: một mô hình duy nhất giải thích được tất cả các lực trong vũ trụ. (popularmechanics)