Bất ngờ tại thí nghiệm CMS ở LHC

Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa các cặp hạt đối với va chạm proton-proton trong thí nghiệm CMS. Đồ thị bên trái thu từ dữ liệu của tất cả các va chạm đã phát hiện, còn đồ thị bên phải là cho các va chạm từ đó có ít nhất 110 hạt được phát hiện ra. Đỉnh chóp bí ẩn được đánh dấu bằng mũi tên. (Ảnh: CERN/CMS)

Một tín hiệu tinh vi và bất ngờ trong dữ liệu của Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) ở Geneva có thể hàm ý rằng cỗ máy va chạm proton này có khả năng tạo ra “món súp nóng” của các hạt tương tác định luật plasma quark-gluon.

Kết quả trên đến thật bất ngờ vì các nhà vật lí vốn tin rằng các proton đang va chạm tại LHC sẽ không tạo ra một plasma như vậy – dấu hiệu đã được theo dõi bởi máy gia tốc RHIC ở Mĩ, cỗ máy cho lao các ion nặng như vàng vào nhau.

Hàng trăm hạt

Khi hai proton va chạm nhau ở mức năng lượng 7 TeV tại LHC, hàng trăm hạt có thể thỉnh thoảng được tạo ra và phát hiện. Để tìm hiểu cơ sở vật lí ấy, các nhà vật lí đi tìm mối tương quan giữa góc mà các cặp hạt bay ra từ điểm va chạm.

Các nhà nghiên cứu sử dụng thí nghiệm Compact Muon Solenoid (CMS) tại LHC hằng trông đợi đồ thị biểu diễn các mối tương quan đó sẽ thể hiện một cực đại tại các góc bằng không, nghĩa là các hạt rời khỏi điểm va chạm trong một dòng nhắm theo một hướng đặc biệt nào đó. Thay vì vậy, cực đại đó dường như nằm trên một cấu trúc kiểu đỉnh chóp. Điều này cho thấy một số hạt đang lao ra theo những hướng hoàn toàn khác nhau – và mối tương quan giữa những cặp hạt đang lao ra này được thiết lập bởi một số loại tương tác giữa các hạt khi chúng sinh ra trong va chạm.

Một lời giải thích khả dĩ cho đỉnh chóp trên là sự va chạm tạo ra một chất lỏng đặc gồm nhiều quark và gluon – một plasma quark-gluon – sau đó đặc lại tạo thành các hạt đã phát hiện. Chuyển động tập thể của khối plasma có thể truyền sang các hạt, mang lại các tương quan bí ẩn. Cái khó với kiểu giải thích này là các proton trong LHC sẽ không tạo ra một plasma như vậy.

Nền vật lí mới?

Một khả năng khác nữa là CMS đã thu được dấu hiệu của một quá trình tập thể cho đến nay chưa rõ xảy ra khi các proton va chạm nhau – cái đòi hỏi sự sửa chữa đáng kể kiến thức của chúng ta về những va chạm như vậy.

“Hiện nay, chúng tôi cần có thêm dữ liệu để phân tích trọn vẹn cái đang xảy ra, và tiến những bước đầu tiên của mình vào vùng đất rộng lớn của nền vật lí mới mà chúng ta hi vọng LHC sẽ mở ra cánh cửa bước sang đó”, phát ngôn viên CMS Guido Tonelli nói.

Bản chất chính xác của plasma quark-gluon có sức hút to lớn đối với các nhà vật lí học vì người ta tin rằng vũ trụ đã từng có một món súp nóng sau Big Bang không bao lâu.

Kết quả trên được mô tả tại arXiv.

Nguồn: physicsworld.com