Hai nhà lý thuyết về hạt Higgs

Để có thể hình dung chung về hạt Higgs, chúng ta hãy quan sát kỹ hình vẽ bên cạnh, tượng trưng cho Mô hình Chuẩn trong lý thuyết các hạt cơ bản - một cách mô tả giản đơn về thế giới dưới nguyên tử. Hình vẽ này công bố trước khi máy va chạm hadron lớn (loại máy gia tốc mạnh nhất thế giới hiện nay, trị giá 10 tỉ USD, đặt tại Trung tâm Nghiên cứu hạt nhân châu Âu - CERN - ở Geneva - Thụy Sĩ) “trông thấy” hạt Higgs.

Bom tấn nổ giữa thanh thiên bạch nhật

Higgs là tên một loại hạt mà trước đó, các nhà vật lý lý thuyết - tiêu biểu là Peter Higgs và François Englert - phỏng đoán nhất thiết phải tồn tại để tạo nên trường vô hướng Higgs tràn ngập không gian từ “thuở hồng hoang”, ngay sau “Vụ nổ lớn”, để mang lại khối lượng cho tất cả loại hạt khác. Bởi thế, trong hình vẽ, hạt Higgs (H) được tô màu xám mờ (biểu hiện sự chưa được khám phá), trong khi các loại hạt khác - đã được khám phá và mô tả kỹ - có màu hồng, tím, xanh.

Hình chữ nhật nhỏ, màu xanh ở góc trái phía dưới chỉ 6 loại hạt nhẹ gọi là lepton: electron - e, muon - µ, tauon - τ, neutrino electron - ϖe, neutrino muon - ϖµ và neutrino tauon - ϖτ.

Các hạt quark và lepton được coi là những loại hạt vật chất. Hình chữ nhật nhỏ, màu tím phía bên phải chỉ 4 loại hạt lực (hạt truyền tương tác): Z, γ: (photon), W và g (gluon).

Trên đây là 16 loại hạt mà đến đầu năm 2012, giới vật lý đã khám phá được và mô tả rất kỹ càng, chính xác. Còn lại duy nhất loại hạt cơ bản thứ 17, tức hạt Higgs - theo lý thuyết bắt buộc phải có để Mô hình Chuẩn không bị sụp đổ - thì cho tới đầu năm 2012 vẫn chưa ai “trông thấy” bóng dáng đâu cả!

Vì bí rị như thế - suốt mấy thập niên mà chẳng ai tìm thấy - nên có lúc người ta gọi Higgs là “hạt của Chúa” với hàm ý nó đầy bí ẩn. Nhiều nhà khoa học cho rằng đây chỉ là cách nói ví von của giới báo chí, văn chương, tuy hấp dẫn nhưng chẳng giúp ích gì cho độc giả thấu hiểu bản chất vật lý của loại hạt này.

Những tính toán của Mô hình Chuẩn được thực nghiệm xác nhận là chính xác một cách lạ kỳ. Mô hình này do vô số nhà vật lý lý thuyết trên thế giới dần dần xây dựng nên, mà có công lớn nhất là 3 nhà bác học đoạt giải Nobel Vật lý năm 1979: S. Glashow, S. Weinberg - Mỹ và A. Salam - Pakistan.

Do gần nửa thế kỷ săn lùng mà chẳng tìm thấy nên ngày 4-7-2012, khi 2 phòng thí nghiệm lớn của CERN cùng lúc công bố kết quả khám phá một loại hạt cơ bản mới, có những thuộc tính tương tự Higgs, dư luận giới khoa học toàn cầu chấn động mạnh. Đến nỗi có người ví von CERN vừa cho nổ một quả bom tấn giữa thanh thiên bạch nhật dù lúc ấy, trung tâm này chưa khẳng định dứt khoát đó là hạt Higgs.

“Việc chính thức xác định các thuộc tính của hạt mới sẽ còn mất nhiều thời gian, đòi hỏi nhiều dữ liệu hơn” - Tổng Giám đốc CERN, GS Rolf Heuer, nhìn nhận. Tuy GS Rolf Heuer dè dặt như vậy nhưng chỉ vài tháng sau, CERN đã có đủ dữ liệu để khẳng định đó chính là hạt Higgs.

Đầu tháng 8-2013 vừa qua, GS Rolf Heuer đã nhận lời mời của GS Trần Thanh Vân, đến Quy Nhơn, tỉnh Bình Định để thông báo những kết quả nghiên cứu mới nhất của CERN về hạt Higgs, về Mô hình Chuẩn và những khám phá khác. Sau khi hoàn thiện Mô hình Chuẩn rồi, các nhà vật lý đang hăm hở tiến xa hơn.

48 năm dằng dặc

Như vậy, tất cả vật thể xung quanh ta đều được cấu thành từ 17 “viên gạch” của vũ trụ, tức 17 hạt cơ bản - những cấu phần nhỏ nhất của tự nhiên mà Mô hình Chuẩn đã mô tả tường minh.

Ngay từ ngày 4-7-2012 “động trời” ấy, giới khoa học toàn cầu đã dự đoán thế nào P. Higgs cùng vài nhà bác học khác cũng sẽ được tặng giải Nobel Vật lý. Tính từ tháng 7-1964 - khi P. Higgs gửi bài báo khoa học đầu tiên cho tạp chí Physics Letters, khám phá ra hạt boson vô hướng mà sau này mang tên ông - cho đến lúc CERN tìm thấy hạt này qua thực nghiệm là 48 năm dằng dặc! Cho nên, khi nhận được tin mừng ấy, P. Higgs đã khóc: “May mà tôi còn sống…”.

Nếu thành tựu toán học có thể kiểm tra tương đối nhanh tính đúng đắn thì thành tựu vật lý đòi hỏi thời gian kiểm tra đôi khi dài đáng sợ. Điển hình là sự khám phá hạt Higgs. Hai nhà vật lý lý thuyết có công đầu trong việc tiên đoán sự tồn tại tất yếu của hạt Higgs, P. Higgs và F. Englert, phải đợi chờ ròng rã 48 năm mới được vinh danh bằng giải Nobel. P. Higgs (ĐH Edinburgh, Scotland - Vương quốc Anh) nay đã 84 tuổi, còn F. Englert (ĐH Libre de Bruxelles - Vương quốc Bỉ) cũng bước sang tuổi 81!