Bằng chứng thực nghiệm chắc chắn đầu tiên cho sự tồn tại của boson Higgs đã được làm sáng tỏ hôm 13/12 tại CERN ở Geneva. Các thành viên thuộc thí nghiệm ATLAS đã công bố bằng chứng rằng hạt Higgs có khối lượng khoảng 126 GeV/c2. Các nhà vật lí làm việc với thí nghiệm đối thủ CMS cũng công bố bằng chứng tương tự - mặc dù yếu hơn – cho một hạt Higgs có khối lượng khoảng 124 GeV/c2.
Tuy nhiên, phát ngôn viên ATLAS Fabiola Gianotti cảnh báo rằng các phép đo cho đến nay chưa đủ tốt để khẳng định đã khám phá ra hạt.
Các nhà vật lí quan tâm đến việc khám phá boson Higgs để hoàn tất Mô hình Chuẩn của ngành vật lí hạt. Hạt Higgs và trường đi cùng với nó là cần thiết để giải thích sự đối xứng điện yếu bị phá vỡ như thế nào ngay sau Big Bang – cái mang lại cho những hạt sơ cấp nhất định tính chất có khối lượng. Tuy nhiên, thật ra Mô hình Chuẩn không tiên đoán khối lượng của hạt Higgs, và những chương trình thực nghiệm kế tiếp nhau tại Máy Va chạm Electron-Positron Lớn của CERN, Tevatron của Fermilab và nay là LHC đã tìm cách đo khối lượng của nó.
Nếu dấu hiệu hiện nay của Higgs tỏ ra là một ảo giác, và nó – hay một thực thể phá vỡ đối xứng giống tương tự - không bao giờ được tìm thấy, thì các nhà vật lí buộc phải thừa nhận rằng Mô hình Chuẩn là không hoàn thiện và phải đi tìm nền vật lí mới.
Máy dò hạt ATLAS tại Máy Va chạm Hadron Lớn ở CERN. Ảnh CERN
Bằng chứng và khám phá
Phép đo ATLAS được thực hiện với mức độ tin cậy vào khoảng 3,6σ, nghĩa là phép đo có thể là kết quả của sự may mắn ngẫu nhiên chỉ là 0,1% thôi. Trong khi con số này nghe có vẻ thật tuyệt, nhưng các nhà vật lí thường chờ cho đến khi họ có độ tin cậy 5σ hoặc lớn hơn thì mới dám gọi đó là một “khám phá”. Mọi giá trị trên 3σ đều được mô tả là “bằng chứng”.
Có một số nguyên do khiến các nhà vật lí hạt đòi hỏi có mức độ tin cậy cao như thế. Một là hiệu ứng “nhìn mọi nơi” phát sinh vì dữ liệu được phân thành những gói khối lượng/năng lượng để tạo ra một biểu đồ - cái có thể làm tập trung các thăng giáng. Sau khi hiệu ứng nhìn mọi nơi được xét đến trong kết quả ATLAS, thì mức độ tin cậy giảm xuống còn có 2,3σ – theo Gianotti cho biết.
Một trở ngại tiềm tàng nữa là có thể có những sai số hệ thống chưa biết ẩn náu trong thí nghiệm gây ra kết quả biểu kiến đó, và do đó đòi hỏi một độ tin cậy rất cao mới có thể tránh khỏi những sai số như thế.
Bất chấp những kết quả sơ bộ công bố tại CERN hôm 13/13, việc làm sáng tỏ bí ẩn của hạt Higgs sẽ mất nhiều thời gian. Giả sử tín hiệu ở 126 GeV/c2 tồn tại sau những phân tích thêm, bước tiếp theo cho các nhà vật lí sẽ là “moi ra” bản chất đích thực của hạt Higgs mà họ đã khám phá. Theo Matt Strassler thuộc trường Đại học Rutgers ở Mĩ, một khối lượng khoảng 126 GeV/c2 có thể là dấu hiệu của nhiều thứ khác nhau. Trong số này có hạt Higgs Mô hình Chuẩn, một hạt Higgs được mô tả tốt nhất bởi những lí thuyết vượt ngoài Mô hình Chuẩn như lí thuyết siêu đối xứng (SUSY), một “tiểu Higgs”, hay những lí thuyết khác.
Những phản ứng khác nhau
Theo Strassler, để hiểu rõ hơn về hạt Higgs, một số phản ứng khác nhau tạo ra hạt Higgs tại LHC cần được nghiên cứu, đồng thời với một số kênh phân hủy khác nhau của hạt Higgs nữa. Đặc biệt, các nhà vật lí phải xác định rõ hạt Higgs được mô tả chặt chẽ như thế nào bởi Mô hình Chuẩn, mô hình liên quan đến việc nghiên cứu các tương tác hạt W và X, quark top và quark bottom, và các lepton tau.
Nói chung, ông tin rằng bảy hoặc tám phép đo khác nhau là cần thiết trước khi các nhà vật lí có trong tay hạt Higgs. “Trong năm tới chúng ta có thể ở trong tình trạng để mà nói rằng chúng ta có một hạt phù hợp khó chối cãi với Mô hình Chuẩn”, Strassler nói. Điều này sẽ cho phép các nhà vật lí bác bỏ những lí thuyết – như lí thuyết technicolor – không bao gồm hạt Higgs.
“Vào năm 2014/2015, chúng ta có thể sẽ có đủ dữ liệu để bác bỏ họ hàng lớn những lí thuyết đó nhằm giải thích hạt Higgs,” Strassler nói. Ông cũng cảnh báo rằng có lẽ phải mất chừng 10 năm người ta mới hiểu hết về hạt Higgs đó.
Tuy nhiên, không phải nhà vật lí nào cũng tin rằng con đường tìm hiểu hạt Higgs sẽ là một chặng đường dài. Gordon Kane thuộc trường Đại học Michigan và các đồng sự mới đây đã cho đăng một bản thảo trên trang arXiv tính ra khối lượng của hạt Higgs bằng lí thuyết dây – các phép tính đó mang đến ngưỡng khối lượng của hạt Higgs là 122–129 GeV/c2. Kane phát biểu rằng nền vật lí nằm ngoài Mô hình Chuẩn đã “nhảy ra khỏi lí thuyết dây”. “Trò chơi đã kết thúc và chúng tôi đã chiến thắng – chúng tôi đã đổ bộ lên vùng bờ biển của một thế giới mới,” ông nói.
Nguồn: physicsworld.com
