Hạt Higgs chưa thể giải thích nguồn gốc của khối lượng “dôi ra”

Để hiểu rõ cái gì đã kết hợp lại với nhau tất cả các loại vật chất nhìn thấy (khả kiến) – từ định tinh cho đến hành tinh, cho đến con người, không thứ gì là không, – bạn cần phải biết các hạt Quark và hạt Gluon tác dụng với nhau như thế nào. Đó chính là bản chất của môn vật lý vật chất Quark, cũng là nội dung trọng tâm của Hội thảo quốc tế về Vật chất Quark (Quark Matter 2012 international conference) họp tại Washington từ 12 đến 18 tháng 8 năm 2012.

Ông Peter Steinberg, một nhà vật lý làm việc tại Phòng Thí nghiệm quốc gia Brookhaven National Laboratory (Mỹ), cũng là người tích cực tham gia hội nghị kể trên, nói: “Trong vũ trụ khả kiến có một phần khối lượng mà hạt Higgs không thể giải thích được. Chúng tôi đang nghiên cứu 99% của phần khối lượng đó”.

Ông giải thích tiếp: vật chất khả kiến là nói tất cả những vật chất do nguyên tử họp thành; khối lượng của nguyên tử chủ yếu là khối lượng của các Proton và Neutron làm nên hạt nhân nguyên tử, còn các điện tử chuyển động xung quanh hạt nhân hầu như không có đóng góp gì vào khối lượng nguyên tử. Nhưng mỗi Proton và Neutron đều hình thành bởi 3 hạt Quark, mà khối lượng của mỗi Proton và Neutron lại vượt quá tổng khối lượng của các hạt Quark hợp thành. Như vậy phần khối lượng “dôi dư” ấy từ đâu mà ra ?

Các nhà vật lý tin rằng câu trả lời là ở chỗ Quark phát sinh tác dụng tương hỗ thông qua trao đổi Gluon và tác dụng qua lại giữa các Gluon với nhau. Gluon là một loại hạt không có khối lượng, nó thông qua lực mạnh nhất trong thiên nhiên – lực hạt nhân mạnh – ràng buộc các hạt Quark lại với nhau. Loại lực này có một tính chất đặc biệt nào đó. Nếu bạn muốn tách rời hạt Quark hạ nguyên tử (subatomic quarks), thì lực đó sẽ càng biến đổi mạnh lên. Để hiểu đặc tính loại lực này, các nhà vật lý tăng tốc cho hạt nhân nguyên tử (còn gọi là ion nặng) đạt tới gần bằng tốc độ ánh sáng, làm cho Gluon chiếm địa vị chủ yếu, sau đó cho chúng va chạm đối đầu nhau trong máy gia tốc hạt (như máy Relativistic Heavy Ion Collider RHIC tại Brookhaven National Laboratory hoặc máy LHC tại CERN). Các máy này có thể tạo dựng lại môi trường vũ trụ thời sơ khai, khi ấy Quark còn chưa kết hợp hình thành Proton và Neutron. Nghiên cứu hành vi của các hạt Quark “tự do” và Gluon trong plasma Quark-Gluon nguyên thủy sẽ giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn lực hạt nhân mạnh và sự sinh ra một lượng lớn khối lượng “dôi dư” ta thấy khi các hạt ấy kết hợp hình thành vật chất phổ thông.

Bởi vậy, cho dù vật chất khả kiến chỉ chiếm phần rất nhỏ trong toàn vũ trụ – chỉ có 5% – phần còn lại đều là do vật chất tối và năng lượng tối thần bí họp thành, việc nghiên cứu chúng cũng đủ để các nhà vật lý như Steinberg bận bịu không ít thời gian. 1

Nguyễn Hải Hoành dịch
Nguồn:http://phys.org/news/2012-08-quark-higgs.html