Vật lí học năm 2014 có gì mới? (Phần 1)

Năm 2013 đã trôi qua cùng với sự hoan hỉ khi Giải Nobel Vật lí được trao cho Peter Higgs và François Englert cho lí thuyết của họ về cách một số hạt thu lấy khối lượng. Đó là một giải thưởng được nhiều người hoan nghênh, theo sau việc khám phá ra một hạt trông y hệt như boson Higgs tại CERN hồi năm 2012. Nhưng giải Nobel năm nay không hẳn không có ý kiến tranh cãi – một vài nhà lí thuyết khác đã bị bỏ qua, trong khi bản thân việc công bố giải diễn ra muộn hơn một giờ so với lịch đã thông báo, ngụ ý rằng Viện Hàn lâm Khoa học Thụy Điển cần có thêm thời gian để kết luận nên trao giải thưởng vinh dự cho những ai.

Còn năm 2014 thì sao? Những sự kiện nào sẽ diễn ra trong lĩnh vực vật lí học và ai sẽ là người cầm cờ tiên phong trong 12 tháng sắp tới?

Tại CERN, các nhà vật lí và kĩ sư sẽ vẫn đang trên đỉnh hân hoan của giải thưởng Nobel năm nay, nhưng họ cũng sẽ làm việc cật lực để nâng cấp Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) và các thí nghiệm chính của nó, ATLAS và CMS. Cỗ máy va chạm lớn nhất hành tinh, đã tạm ngừng hoạt động hồi tháng 2 sau đợt chạy chính lần thứ nhất của nó, hiện đang được nâng cấp để cho các hạt proton lao vào nhau với năng lượng toàn phần 13 TeV – gần gấp đôi giá trị trước đây – khi nó hoạt động trở lại vào năm 2015.

Rồi cũng sẽ có rất nhiều hoạt động mới tại CERN. Các máy gia tốc cung cấp proton cho LHC – Synchrotron Proton (PS) và Synchrotron Siêu Proton (SPS) – sẽ khai hỏa vào nửa sau năm 2014, cho phép một số thí nghiệm hoàn toàn mới đi vào hoạt động tại phòng thí nghiệm Geneva. Một dự án mới hấp dẫn là NA62, sở dĩ tên gọi như vậy vì nó được đặt tại “Khu vực phía Bắc” của CERN. Giống như các thí nghiệm chính của CERN, nó sẽ tìm kiếm “nền vật lí mới”, nhưng nó sẽ sử dụng một phương pháp rất khác. Thay vì bắn các proton vào nhau và sục sạo vô số hạt bay ra theo mọi hướng, NA62 sẽ tìm kiếm những “thăng giáng lượng tử” nhỏ xíu trong một loại phân hủy hạt nhất định.

Thí nghiệm cũng sẽ tiến hành những phép đo chính xác của tần suất một kaon tích điện dương phân hủy thành một pion tích điện dương cộng với một cặp neutrino/phản neutrino. Phân hủy này trông có vẻ bí ẩn nhưng nó thật sự hấp dẫn bởi những vì những hạt lai chưa biết không được dự đoán bởi Mô hình Chuẩn của ngành vật lí hạt – hiểu biết tốt nhất hiện nay của chúng ta về thế giới hạ nguyên tử - có thể tham gia vào quá trình đó. Các kaon sẽ được tạo ra bằng cách bắn các proton từ SPS vào một bia beryllium dài 40 cm để tạo ra một chùm chừng 800 triệu hạt tích điện mỗi giây. Đa số sẽ là pion và proton, nhưng khoảng 6% số hạt sẽ là các kaon đang nghiên cứu.

Vì Mô hình Chuẩn dự đoán chính xác những kaon này sẽ phân hủy bao nhanh, nên bất kì sai lệch nào giữa tốc độ phân hủy đo được và tốc độ phân hủy dự đoán sẽ làm hé lộ sự tồn tại của những hạt mới, ví dụ như các hạt “siêu đối xứng” đã được dự đoán bởi những mô hình thay thế nhất định của lĩnh vực vật lí hạt sơ cấp. Vướng mắc duy nhất – và nó là một vướng mắc lớn – là việc đo phân hủy đó không hề đơn giản. Nó hiếm khi xảy ra, xác suất để nó xảy ra chỉ chừng 1 phần 10 tỉ.

Máy Va chạm Hadron Lớn của CERN hiện đang được nâng cấp nhưng một vài thí nghiệm mới sẽ đi vào hoạt động tại Geneva vào năm tới, trong đó có thí nghiệm NA62. (Ảnh: CERN)

CERN lấn sân sang phản thế giới

NA62 không phải là dự án mới lại duy nhất khởi động tại CERN trong năm 2014. Năm tới cũng sẽ chứng kiến hai thí nghiệm phản vật chất mới, cả hai đều khai thác Máy giảm tốc Phản proton (AD) hiện nay của CERN. Cơ sở này bắn các proton từ PS vào một khối kim loại để tạo ra các phản proton năng lượng cao sau đó được làm cho chậm đi. Các phản proton sẽ có mặt trong các thí nghiệm lần nữa từ tháng 8 tới và một trong những thí nghiệm mới của AD là AEGIS, nó được thiết kế chuyên dụng để lần đầu tiên đo lực hút hấp dẫn của Trái đất lên phản vật chất. Nó sẽ đo khoảng cách theo phương thẳng đứng mà một chùm nguyên tử phản hydrogen rơi khi nó truyền đi một quãng đường nhất định theo phương ngang – cho dù là sai lệch nhỏ nhất so với vật chất bình thường hành xử thì nó sẽ có khả năng làm sáng tỏ về bí ẩn tại sao vũ trụ lại có ít phản vật chất như thế.

Cũng đi vào hoạt động tại AD là BASE, thí nghiệm sẽ bẫy một phản proton độc thân sử dụng từ trường và điện trường để thực hiện phép đo chính xác nhất từ trước đến nay của moment từ của nó. Các nhà nghiên cứu cũng sẽ tiến hành các phép đo như vậy trên proton, với bất kì sai lệch nào sẽ hàm ý rằng đối xứng điện tích-chẵn lẻ-thời gian (CPT) bị vi phạm, từ đó đưa đến nền vật lí vượt ngoài Mô hình Chuẩn.

>> Xem tiếp Phần 2

Theo physicsworld.com