Kiểm tra một lực cơ bản: nghiên cứu mới làm tăng hiểu biết về vũ trụ
Các nhà nghiên cứu từ một nhóm nghiên cứu vật lý ở trường đại học New Hampshire đang làm gia tăng hiểu biết về các proton, thành phần chiếm 95% khối lượng của vũ trụ nhìn thấy, tương tác với nhau như thế nào. Kết quả này đem lại một điểm mốc cho việc kiểm tra lực tương tác mạnh, một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên.
“Có nhiều điều chưa được trả lời về cả các proton và lực tương tác mạnh”, David Ruth, nghiên cứu sinh vật lý và tác giả thứ nhất, nói. “Điều này đưa chúng ta đến gần hơn hiểu biết về cả hai thứ đó. Đó là một miếng ghép cần thiết cho cả hai điều vô cùng cơ bản của vũ trụ này”.
Lực tương tác mạnh chi phối cách những thành phần bên trong hạt nhân của nguyên tử – các neutron, proton và các hạt quark, gluon cấu tạo nên chúng – kết hợp với nhau. Đó là thứ lực được hiểu biết ít nhất trong số bốn lực tương tác của tự nhiên, bao gồm tương tác hấp dẫn, điện từ và tương tác yếu.
Trong nghiên cứu này, được xuất bản trên tạp chí Nature Physics, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra bằng hai tính toán lý thuyết tiên tiến về lực tương tác mạnh với một thực nghiệm chứng minh spin của các proton trong một chế độ, hoặc mode vận hành, nơi các hạt quark, hay các hạt cơ bản, trong trường hợp này chúng ở khoảng cách xa nhau. Phát hiện thực nghiệm của họ tương ứng với một trong hai kết quả tính toán.
Nghiên cứu vật lý dạng này đòi hỏi một sự hợp tác chặt chẽ giữa các nhà lý thuyết và các nhà thực nghiệm, vì vậy bước tiếp theo trong nghiên cứu về lực tương tác mạnh là để các nhà lý thuyết kiểm tra kỹ hơn, gần hơn vào nguyên nhân tại sao các tính toán này lại không đồng thuận với nhau. Họ giải thích là các tính toán đó rất phức tạp, mỗi nhóm lý thuyết đều có những lựa chọn khác nhau về cách thực hiện các phép tính và một số lựa chọn tính toán trong đó do các nhà lý thuyết thực hiện có kết thúc khác biệt nhau. Để hiểu sâu sắc hơn về lực tương tác mạnh, họ cần biết trong đó cái nào đúng, cái nào sai.
“Nếu chúng ta thực sự muốn biết về thế giới của chúng ta, chúng ta phải có một lý thuyết hợp nhất về lực”, Karl Slifer, giáo sư vật lý và thiên văn, trưởng nhóm hợp tác, giải thích. “Tôi không chắc chắn những ứng dụng của nó sẽ là gì nhưng hiểu biết từ nghiên cứu có thể thúc đẩy việc tạo ra công nghệ mới trong tương lai”.
Slifer có thể hình dung ra nghiên cứu triển khai theo hướng lý thuyết hay thực nghiệm và những ứng dụng thực tiễn, ví dụ như khi hiểu biết về những tương tác giữa hạt nhân nguyên tử trong một thế kỷ đã đem lại những ứng dụng như phản ứng phân hạch, nhiệt hạch, điện hạt nhân.
Công trình nghiên cứu vô cùng phức tạp này đã được thực hiện trong một thập kỷ để hướng dẫn và trang bị kiến thức cho sinh viên cao học, nghiên cứu sinh, postdoc và nhân viên kỹ thuật với chu trình sáu tháng xếp đặt và sáu tháng vận hành. Thực nghiệm đã được tiến hành ở Cơ sở máy gia tốc quốc gia Thomas Jefferson của Bộ Năng lượng Mỹ.
Kết quả được nêu trong bài báo “Proton spin structure and generalized polarizabilities in the strong quantum chromodynamics regime” 1.
Thanh Phương tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2022-11-fundamental-advances-universe.html
https://www.unh.edu/unhtoday/2022/10/testing-fundamental-force
————————————
1. https://www.nature.com/articles/s41567-022-01781-y
