Người giải thích ưu thế của vật chất trong vũ trụ

Họ cho thấy sự phân rã khác thường của một loại hạt cơ bản, gọi là Kaon trung hòa. Với phát hiện này, Cronin và Fitch được trao giải Nobel Vật lý năm 1980.

Cronin sinh ngày 29 tháng 9 năm 1931 tại Chicago, lớn lên ở Dallas, Texas và tốt nghiệp Đại học Southern Methodist, nơi cha ông là một Giáo sư ngôn ngữ có tiếng. Năm 1951, ông làm nghiên cứu sinh tiến sỹ tại Đại học Chicago–Illinois về chủ đề Spin và tính chẵn lẻ của trạng thái hạt nhân nguyên tử carbon, trước khi chuyển tới phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven ở Upton, New York, rồi trở thành giảng viên tại Đại học Princeton ở New Jersey. Năm 1971, ông trở lại Chicago nhằm thuận tiện cho công việc nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Gia tốc Quốc gia Fermi (Fermilab).

Năm 1964, nhóm nghiên cứu bốn người của Jim tại Brookhaven đã quan sát thấy hiện tượng phân rã một cách bất ngờ của các kaon sống lâu, mỗi kaon phân rã thành hai pion. Quan sát này đã dẫn tới kết luận về sự vi phạm đối xứng CP và điều đó làm chúng ta dần hiểu hơn tại sao vật chất nhiều hơn phản vật chất. Thử nghiệm tìm ra vi phạm đối xứng CP đã trở thành một kỹ thuật cho phép nghiên cứu một cách chi tiết về quá trình phân rã mà trước đây chưa từng có.

Đóng góp của Cronin trong kỹ thuật này cũng chính là mấu chốt để thiết kế một thử nghiệm khác tại Brookhaven, qua đó người ta thấy rằng các neutrino khi kết hợp với phân rã muon sẽ có khác biệt so với khi kết hợp với phân rã beta. Phát hiện này đem về cho nhóm nghiên cứu giải Nobel năm 1988. Nhưng với sự khiêm tốn, Cronin không bao giờ nhận công lao của mình trong thành quả này.
Năm 1977, Cronin được giám đốc của Fermilab bổ nhiệm làm người đứng đầu Colliding Beams Division nhưng chỉ sau vài tháng đảm trách, ông đã xin từ chức vì nhận ra mình không phù hợp với vai trò quản lý. Ông quay về với các nghiên cứu về vật lý lượng tử, tiếp tục đưa ra những phát kiến có tính nền tảng, đơn cử như năm 1982, ông thực hiện việc đo thời gian sống của hạt subatomic (hạ nguyên tử) tại CERN (trung tâm vật lý hạt gần Geneva, Thụy Sĩ).

Những năm 1980, ngành vật lý lượng tử đã qua thời kỳ hoàng kim, đa phần trở thành sân chơi của những nhóm nghiên cứu đông đảo, không còn phù hợp với cá tính của Cronin, vốn ưa thích thao tác một cách trực tiếp trong các nghiên cứu hơn là làm lãnh đạo các nhóm nghiên cứu lớn. Vì vậy, ông chuyển sự quan tâm đến những lĩnh vực nghiên cứu khác.

Năm 1985, với một nhóm nghiên cứu nhỏ, ông đã thiết kế và xây dựng một thí nghiệm để nghiên cứu các tia vũ trụ, với các tia γ cao năng lượng phát ra từ các hệ sao. Với quy mô của dự án thì số lượng các detector tham gia là rất lớn (hơn 1.000). Để tìm kiếm sự giúp đỡ, Cronin đã tới thăm một số viện nghiên cứu tia vũ trụ và trao đổi về kế hoạch của mình. Nỗ lực kiên trì của ông đã thúc đẩy sự ra đời của Đài thiên văn Pierre Auger tại Argentina có diện tích 3.000km2, với hệ thống detector lớn nhất từng được xây dựng nhằm phát hiện các tia vũ trụ. Dự án này có sự tham gia làm việc của 430 nhà khoa học đến từ 16 quốc gia.

Một dự án lớn với quy mô nhân lực như vậy đòi hỏi nguồn đóng góp từ nhiều quốc gia, và hẳn sẽ bất khả thi nếu không có sự thúc đẩy từ một nhà khoa học có vị thế đáng kính nể như Cronin. Vào thời điểm đó, mặc dù Mỹ còn chưa phải là thành viên của UNESCO (Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa của Liên Hiệp quốc) nhưng Cronin vẫn vận động từ quốc gia này được 100.000 USD để tài trợ các nhà khoa học từ các nước đang phát triển như Việt Nam hay Bolivia tới làm việc tại Fermilab. Tổng số tiền tài trợ mà Cronin kêu gọi được lên tới 50 triệu USD, sau khi dự án được đánh giá kỹ lưỡng bởi các chuyên gia do chính Cronin mời. Đây là số tiền lớn chưa từng có cho một dự án trong lĩnh vực nghiên cứu tia vũ trụ.

Đài thiên văn Pierre Auger đã có đóng góp đáng kể cho tiến trình tăng cường sự hiện hữu quốc tế của ngành vật lý cơ bản các nước Argentina, Brazil, Mexico và Việt Nam. Có lẽ bản thân Cronin ban đầu cũng không hình dung dự án của mình sẽ phát triển tới quy mô rộng lớn như trong thực tế. Thông qua dự án, ông đã thúc đẩy tham vọng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trẻ.

Có thể nói Cronin như là một vector, vừa có lực, vừa có hướng. Năng lực mạnh mẽ của Cronin trong vai trò một nhà khoa học là điều không thể chối cãi, nhưng nếu ông không có tầm nhìn định hướng sáng suốt, cùng với kỹ năng vận động, thuyết phục mạnh mẽ, thì dự án Đài thiên văn Pierre Auger cùng rất nhiều dự án khoa học khác đã không thể thành công đến như vậy.

Đức Hưng lược dịch từ bài viết của Alan Watson đăng online trên tạp chí Nature ngày 21/9/2016.

Alan Watson là giáo sư danh dự của Đại học Leeds và là người cùng hợp tác với James Cronin trong việc hình thành Đài thiên văn Pierre Auger.

Nguồn: http://www.nature.com/nature/journal/v537/n7621/full/537489a.html