Hôm qua (10-9), máy gia tốc hạt lớn nhất thế giới - máy LHC ở Genève (Thụy Sĩ) - đã được khởi động. Mục đích của dự án bạc tỷ này là chứng minh hạt Higgs, còn được gọi là hạt của Chúa.
Tất cả đều diễn tiến tốt đẹp: Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã đưa một dòng proton qua máy LHC. Kế đến sẽ là thí nghiệm mô phỏng vụ nổ lớn.
Trong thí nghiệm lớn nhất của loài người vẫn có thể xảy ra nhiều sự cố, các nhà khoa học tại Genève phải đối diện với điều này trong những giờ phút cuối. Hệ thống làm lạnh của máy có vấn đề, chỉ vài giờ trước khi LHC bắt đầu hoạt động lần đầu tiên. Nhưng các chuyên gia kỹ thuật đã giải quyết được và vào lúc 9 giờ 30 (giờ Trung Âu), theo đúng kế hoạch, những hạt proton đầu tiên được dẫn vào trong máy gia tốc.
Các nhà vật lý khởi động từng đoạn một của vòng tròn gia tốc hạt dài 27 km. Ngay khi dòng proton đến một điểm kiểm soát, vật chắn được tháo ra để chúng có thể tiếp tục đi vào phân đoạn kế tiếp.
Vào lúc 10 giờ 25 dòng proton kết thúc vòng đầu tiên.
Hành trình hạt của Chúa
Bản thảo mà Peter Higgs gửi đến tạp chí chuyên ngành "Physical Review Letters" năm 1964 chỉ dài có 1 trang rưỡi. Trong đó có vỏn vẹn 4 phương trình mà Higgs mô tả một thuật toán mang lại khối lượng cho hạt – vấn đề chưa được giải quyết trong lý thuyết cho đến thời điểm đó. Nhà vật lý người Scottland không tên tuổi đã tiếp tục phát triển lý thuyết trường lượng tử cho hạt cơ bản, lý thuyết mà thời đấy đã được cho là cũ kỹ.
Đầu tiên, các nhà thẩm định của tờ báo không tin vào ý tưởng này. Bài viết bị từ chối nhanh chóng. "Họ cho rằng điều đó không có liên quan gì đến vật lý cả", ông Higgs nói. Cuối cùng, mãi đến phiên bản thứ hai mới được tờ báo đồng ý đưa đi in. Thời gian ngắn sau đó, ai cũng bàn đến lý thuyết của Higgs.
Nhưng kể từ đó, Higgs cũng không trở thành giáo sư, vì ông không đạt được thành tựu nào khác. Ông là một nhà vật lý bình thường, và ông cũng chẳng hề phủ nhận điều này. "Có lẽ đơn giản là tôi chỉ có may mắn", ông giải thích.
Lý thuyết đắt tiền nhất từ trước đến nay
Thế nhưng 1 trang rưỡi của năm 1964 không những chỉ làm cho ông nổi tiếng – nó cũng mang lại hậu quả là nhiều cuộc đầu tư khổng lồ. Từ đó các nhà khoa học cố gắng chứng minh hạt Higgs với những máy gia tốc hạt ngày càng lớn. Nhưng đến nay vẫn không có kết quả. Thí nghiệm vào hôm qua chắc chắn là đắt tiền nhất: Máy gia tốc LHC (Large Hadron Collider) sẽ thực hiện thí nghiệm "Atlas" nhằm chứng minh các hạt Higgs khả nghi tạo khối lượng cho hạt cơ bản.
Hằng ngàn nhân viên kỹ thuật và nhà nghiên cứu đã làm việc từ nhiều năm nay tại dự án LHC, 2 tỷ euro đã được chi cho việc xây dựng đường hầm hình tròn dài 27 km mà các proton sẽ chuyển động trong đó với vận tốc bằng 99,9999991% vận tốc ánh sáng. Mỗi một giây chúng sẽ bay hơn 11.000 vòng. Người ta đang chờ đợi nhiều nhận thức cơ bản về vụ nổ lớn, năng lượng tối và về câu hỏi đã được ông Higgs trả lời trên lý thuyết là thật ra vật chất có khối lượng của nó từ đâu.
Vì một người không chuyên khó có thể hiểu được lý thuyết do Higgs phát triển nên năm 1993 Bộ trưởng Bộ khoa học Anh Wiliam Waldegrave đã phát động lời kêu gọi các nhà vật lý giải thích ý tưởng này trên một tờ giấy khổ A4. Ông Waldegrave mong muốn mỗi một người đều hiểu được tiền thuế của nước Anh được chi tiêu vào việc xây dựng LHC là để làm gì.
Margaret Thatcher đi xuyên qua trường Higgs
Phổ biến nhất là sự so sánh trường Higgs với một buổi tiệc của nhà vật lý David Miller tại London. Những người tham gia một buổi tiệc phân bố đồng đều trong phòng. Bất thình lình bà Margaret Thatcher đến tham dự. Bà đi xuyên qua đám đông, ngay lập tức một nhóm người bao quanh lấy bà. Qua đó bà có một khối lượng lớn hơn. Khi bà tiếp tục đi tới, những người ở gần sẽ tiến lại chỗ bà. Những người khác mà bà đi xa khỏi sẽ quay đi và lại hướng về những người đang đàm thoại lúc ban đầu.
"Đó là cơ chế Higgs trong 3 chiều với tất cả các phức tạp của tính tương đối", ông Miller viết. Để tạo khối lượng cho hạt, một trường mới đã được phát minh ra, bị cong đi khi một hạt chuyển động qua nó.
Nhà vật lý so sánh hạt Higgs với một tin đồn đang lan truyền đi trong phòng tiệc. Phòng này chính là trường Higgs. Tin đồn bắt đầu ở một góc phòng, nhiều người tụ đầu lại với nhau để nghe nó. Rồi nó đi đến góc khác – theo sự tụ tập lại của những người trong phòng. Những tụ tập lan truyền tin đồn như thế cuối cùng cũng đã mang lại khối lượng cho cựu thủ tướng Thatcher. Bà Thatcher là một hạt nhận được khối lượng. Tin đồn, biểu tượng của hạt Higgs, cũng tạo thành một nhóm và vì vậy cũng phải có khối lượng.
"Hạt Higgs được tiên đoán trước như là một quy tụ lại như vậy của trường Higgs", ông Miller giải thích. Các nhà vật lý có thể sẽ tin vào sự tồn tại của trường Higgs và cơ chế của sự tạo thành khối lượng nếu như có thể chứng minh được hạt Higgs.
"Nhất định sẽ tìm thấy một cái gì đó"
"Chúng tôi nhất định sẽ tìm thấy một cái gì đó", ông Wolfgang Mader từ Đại học Kỹ thuật Dresden (Đức), người chịu trách nhiệm về một bộ máy dò trong thí nghiệm "Atlas", nói.
"Thế nào đi nữa thì chúng tôi cũng sẽ có nhiều nhận thức mới – có hay không có hạt Higgs." Cũng có thể có 4 biến thể của hạt Higgs như lý thuyết siêu đối xứng đưa ra. Cũng có thể là sự tồn tại của hạt Higgs sẽ được phủ định.
Nếu như chứng minh được cái được gọi là hạt của Chúa thì ông Peter Higgs, hiện 79 tuổi và là giáo sư danh dự đã về hưu, sẽ là một ứng cử viên sáng giá cho Giải Nobel.
Bảo đảm qua nhiều thí nghiệm trước đó
Ngoài những thí nghiệm khác, người ta sẽ mô phỏng vụ nổ lớn. Khoa học hy vọng sẽ tìm được trả lời cho những câu hỏi lớn của vật lý: Tại sao lại không có phản vật chất trong thế giới của chúng ta? Chính xác là điều gì đã xảy ra trong vụ nổ lớn? Thật sự có hạt Higgs tạo khối lượng cho hạt cơ bản theo mô hình chuẩn của vật lý hay không?
Nỗi lo ngại lớn nhất của các nhà vật lý trong thí nghiệm này là việc cung cấp điện. Vì nếu có vấn đề, hệ thống làm lạnh phải ngưng hoạt động. Hằng ngàn nam châm trong vòng tròn của LHC sẽ không còn mang tính siêu dẫn nữa, không thể tiếp tục thực hiện thí nghiệm.
